EP0791446B1 - Verfahren und Kunststoff-Spritzgiesswerkzeug zur Herstellung eines Verbundkörpers - Google Patents

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EP0791446B1
EP0791446B1 EP97102511A EP97102511A EP0791446B1 EP 0791446 B1 EP0791446 B1 EP 0791446B1 EP 97102511 A EP97102511 A EP 97102511A EP 97102511 A EP97102511 A EP 97102511A EP 0791446 B1 EP0791446 B1 EP 0791446B1
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EP
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chip
contact
film
injection
foil
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EP0791446A3 (de
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Richard Herbst
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    • G06K19/0772—Physical layout of the record carrier
    • G06K19/07724—Physical layout of the record carrier the record carrier being at least partially made by a molding process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14639—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components
    • B29C45/14647—Making flat card-like articles with an incorporated IC or chip module, e.g. IC or chip cards
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07743—External electrical contacts
    • G—PHYSICS
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    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07745—Mounting details of integrated circuit chips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite body with a plastic mass and at least one chip partially embedded in the plastic mass, in which a cavity of a plastic injection mold with the plastic mass is injected, in which the chip embedded in the plastic mass and an electrical contact between the chip and contact segments one on one Surface of the composite body located contact surface becomes.
  • the invention further relates to a plastic injection molding tool for the production of composite bodies with a plastic mass, in which at least partially one chip is embedded, with two movable tool halves, between which a cavity is formed is, in the liquid plastic mass is injectable, and with a feed and removal device for inserting raw parts into the cavity and to remove the composite parts Completion of the injection molding process.
  • a smart card is one-sided or double-sided laminated plastic card, usually with Information and / or advertising imprints and / or with Security features, e.g. a hologram, a magnetic stripe, a photo of the cardholder or the like is provided.
  • Security features e.g. a hologram, a magnetic stripe, a photo of the cardholder or the like is provided.
  • Module embedded The module consists of an electronic Circuit (chip) and usually a carrier plate, on which the chip sits. The tile forms on certain Cards with multiple surface segments one segmented electrical contact surface that is accessible from the outside.
  • antennas are provided in the card, for information, e.g. Exchange data without contact.
  • Smart cards are called phone cards, authorization cards for mobile messaging devices, as check cards in money transactions, as proof of entitlement for health insurance companies or the like, as credentials for access to certain Buildings or parts of buildings or for other purposes, e.g. to Security, used.
  • the user pushes the smart card for these purposes in a card reader or leads him to it over that via a corresponding contact or antenna device with the electronic circuit in the smart card. That way e.g. with a phone card or check card Existing credit checked, an identity established or any other data exchange.
  • PCMCIA Similar cards
  • data cards are called “data cards” and known as "PCMCIA”.
  • PCMCIA PCMCIA cards
  • data cards are used for data storage and as Authorization cards for the highest security standards.
  • PCMCIA cards are among other things in notebooks and other portable used electronic devices and can for example a modem, an ISDN interface, additional memory chips or the like.
  • smart cards In order to be able to use smart cards as an advertising medium at the same time, it is preferably produced by one or two films, preferably so-called labels, the one used or the two flat sides of the smart card in the manufactured one Form state.
  • One label is preferred here understand one-sided printed film.
  • the label is with the Provide advertising or the like.
  • the imprint must be there be of high quality. It has been found that a better print quality is achieved when the film that forms the label, printed before the smart card is manufactured becomes.
  • the label is used to manufacture the smart card in the cavity a plastic injection mold.
  • the cavity has a flat, cuboid shape, and the label are placed on the flat surfaces of the cavity. Care must be taken to ensure that the label is in the cavity are neatly positioned and theirs while filling the mold Maintain position.
  • the film of the label and the plastic material to be injected is preferably the same or a similar one Plastic used, e.g. Polystyrene, propylene, ABS or Polycarbonate, so that after the injection process a particularly good bond between the labels and the injected plastic.
  • Plastic e.g. Polystyrene, propylene, ABS or Polycarbonate
  • label is only an example in this context to understand.
  • both cut and non-cut foils or Label can be used. These foils can be on one or both sides be printed. They can be on one or more surfaces of the composite body, for example the smart card become.
  • the plastic material is over a Gating slot in the area of a narrow side of the cavity between injected the two labels.
  • the smart card looks so that the Surface on the back formed by one of the labels becomes.
  • the contact area that is connected to the chip to form a module is.
  • the chip first attached to a metal tape and wired.
  • the Chip is then poured into a plastic on the metal band, so that a module arises that already has a certain Has thickness.
  • the module is designed so that its thickness corresponds to the height of the cavity in the tool. When closed Tool is thus exerted pressure on the module fixed at a certain position in the cavity.
  • an image transfer film inserted into the cavity. That from the image transfer film worn image adheres to the injected plastic material. After the smart card has been removed, the Imprint on the labelless plastic body, and the Image transfer film can be removed.
  • the Manufacturing process can use one or both flat sides the smart card can be printed with such films. But also the use of labels on one or both flat sides is possible with the known method. Because in use of labels provides the known method, the module on the To arrange the inside of the label will be the label at the support point of the module cut out so far that the contacts of the Module from the flat side of the finished smart card are accessible.
  • a contact surface is first created, which depending on the needs in different segments is divided.
  • the chip is segmented with this Contact surface associated and with its connections soldered to the individual segments of the contact area from the inside or connected via contact wires.
  • a number of hang Contact surfaces on a flat metal band or on an electrical one conductive coated film in the form of a tape, onto which the chips are bonded, then cast into modules and finally e.g. separated from each other by punching become.
  • the contacting of the chips on tapes is also under known as "tape bonding".
  • Another disadvantage of the known method is that when using two labels or foils two separate Elements are inserted into the cavity of the tool have to. Because smart cards are only a few centimeters long have, the labels or films are relatively soft and unstable Formations because they are very thin. Precise handling and positioning is difficult. This is especially true when low cycle times are aimed for, naturally with high travel speeds and high accelerations or delays of the handling device are. The relatively soft and unstable foils can become bend, fold or open due to inertial forces change their position in other ways so that there is a risk that too high a percentage of scrap is produced.
  • Document EP 0 649 719 A1 describes a method for the production known from chip cards by injection molding.
  • a module is also used, which consists of a semiconductor, which is mounted on a leadframe and is electrically connected via bond wires.
  • On the one in the Rectangular cuboid modules are thus located on its underside two-dimensional contacts or pads.
  • the Module is placed on a carrier tape and together with it inserted into a cavity of an injection mold and overmolded there.
  • a carrier element provided for an IC chip which is described in document US 4,476,292 A.
  • a semiconductor chip is in a Cutout of a film inserted and over self-supporting bond wires connected to contact surfaces on the surface of the film. Then, in one embodiment, the semiconductor chip encapsulated in the recess with plastic.
  • the invention is therefore based on the object of a method for producing a composite body and a composite body to further train according to the type mentioned at the beginning, that the disadvantages mentioned are avoided.
  • the steps in the manufacture of the composite body be simplified as much as possible and an inexpensive Manufacturing are made possible.
  • the manufacture is thus considerably simplified, because several operations are saved, and at the same time it is only necessary to insert the chip itself exactly insert the cavity and hold it during the injection molding process.
  • the contact is made according to the invention during the injection molding process fixed, i.e. finalized while pertinent Parts that lead to contact, if necessary can be loosely folded beforehand.
  • chip is very wide to understand, so that individual electronic components or larger assemblies with this designation are included. While an electronic one is usually called “chip” Understands circuit whose contacts with contact blades or Legs are bonded and in which the actual semiconductor substrate ("Wafer” or “Die”) completely encapsulated in is encapsulated in a plastic housing, it is within the scope of the invention also intended to use chips that are not yet in a plastic housing are embedded.
  • this Semiconductor device that has contact points on its surface is provided to embed in the plastic body without that Semiconductor component previously covered with a plastic compound becomes.
  • the chip and the contact segments are already in the first described loosely folded and then during the injection molding process by fixing finally.
  • the fixing takes place in different ways.
  • the contact is made during the Injection molding process fixed under pressure during plant in a second variant this by soldering and in one third variant is achieved by riveting. If contacting is fixed by soldering is particularly preferred soldering under the heat of the injection molding process to be done.
  • the contacting generated even during the injection molding process.
  • the chip is on attached a film that a flat side of the composite body forms, and together with the film in the cavity of the plastic injection mold brought in.
  • the positioning of the unit made of foil and chip can be done in a conventional manner by applying a vacuum, achieved by electrostatic forces or the like become.
  • the position of the chip is automatically guaranteed because the chip is firmly attached to the film.
  • Another advantage of the invention is that that chip and film are connected to one unit, the handling when inserting the film and the chip into the plastic injection mold on the one hand and taking the finished sprayed Composite body from the plastic injection mold on the other hand is significantly simplified. It is namely according to the invention allows a retracting between the two tool halves Robots simultaneously place a blank in one of the Tool halves inserted and that from another tool half ejected finished part as it exits the plastic injection mold takes along.
  • the chip not connected to a film before the injection molding process begins, but on a part of the plastic injection mold e.g. attached by gluing before the cavity of the plastic injection mold is sprayed out with plastic compound.
  • the adhesive can become roughly at the elevated injection molding temperature dissolve thermally so that the finished part after The injection molding process can simply be ejected can.
  • the chip electrically conductive with contact points on its surface connected to the contact surface.
  • This measure has the advantage that the contact points are geometrical can be adjusted accordingly to immediately by Soldering or by applying pressure with a corresponding designed mating contact surface an electrically conductive connection to manufacture or to carry out the contact points through corresponding recesses in the film to the outside enable.
  • an electrical conductive connection to the contact surface can be made without that a complex bonding process as in the prior art is required, using fine wires with the contact points are bonded to the semiconductor substrate by bonding.
  • contact point to understand any contact points on the surface of the chip are, the actual execution vary within wide limits can and can be specified on the one hand by the chip manufacturer, but in particular also to the respective special version of the composite body can be adapted. As a rule, the However, contact points should be designed so that they have a certain Enable pressure loading and if necessary by means of a very low-melting solder are soldered or bonded can.
  • the contact area itself can in principle both before and generated after the injection molding process.
  • a generation after the injection molding process is particularly preferred because during the Fixation of the contact, i.e. the electrically conductive connection between the contact points and the outside of the composite body, and thus after the Injection molding the contact surface in a particularly simple manner manufactured and connected to the contact at the same time can be.
  • the contacting i.e. the electrical connection between the contact points and the contact area that during the injection molding process was only fixed, completed or be completed.
  • the contact points can be pin-shaped, however, depending on the geometric requirements, also conical, be cuboid or different.
  • the contact points are formed as a rivet, which during the injection molding process with the film riveted.
  • the contact points are formed as hollow rivets during the injection molding process through appropriately shaped stamps on the plastic injection mold be riveted.
  • the Chip already by inserting its contact points into the Recesses is attached to the film.
  • the manufacturing process becomes particularly simple designed, since additional gluing operations and the like are omitted.
  • the chip can already be plugged in Contact points in the corresponding recesses on the film be locked. Alternatively, it can only be be a loose connection of the chip with the film, wherein the chip is then preferably placed on the film from above is then introduced into the mold cavity together with this becomes.
  • the chip of course also glued to the film or via its contact points be soldered to the foil.
  • the chip on the film can also be under Spring tension can be attached.
  • contact segments are generated on the metal foil.
  • the metal foil itself can be used for production the contact area can be used, which further simplifies means.
  • individual contact segments can be attached before attaching the Chips are generated, e.g. by etching or by laser cutting can be done.
  • finish injected composite body individual contact segments for example cut out by means of a laser or by etching one to bring about such separation.
  • the contact surface on the surface of the film by printing, by galvanic Application or vapor deposition of an electrically conductive tool material generated.
  • Printing using conductive paste proved to be the most segmented Generate contact area.
  • the Contact area of course also by galvanic processes or by deposition from the gas phase on the surface of the film be generated.
  • the contact points plastically deformed when the contact surface is printed.
  • This measure has the advantage that at the same time during the printing process an additional mechanical attachment of the contact surface can be reached on the outer surface of the film.
  • the chip is turned on the film with the help of a support body.
  • the carrier body Depending on the configuration of the carrier body, a mechanical or thermal protection of the chip when subsequent spraying process when ejecting the cavity of the Plastic injection mold can be achieved. On the other hand the attachment of the chip to the film can be simplified and designed to be particularly durable for the spraying process.
  • the film is also a second film connected to a sandwich.
  • connection of the two foils can be done by Glue dots are made.
  • the chip on the opposite film can be fixed with an adhesive dot, whereby an attachment and Positioning of the chip can be guaranteed.
  • the chip is also Contact surfaces on both flat sides of the composite body or connected to an end face of the composite body.
  • the inventive method Smart cards with contact areas on both sides or data cards or generate PCMCIA cards in which the contact areas are usually arranged on the end face in grooves on the inside.
  • the chip is also glued to the carrier body, its contact points with the carrier body soldered, or the chip is between the film and the carrier body positively enclosed or on the support body below Spring tension attached.
  • the carrier body attached in a recess of the film under spring tension.
  • the carrier body can be glued to the film or be soldered.
  • the carrier body is attached to the film, it is preferably at the same time the chip between the film and the carrier body positively enclosed, so as to simplify it to achieve the attachment.
  • the Points of contact of the chip over the carrier body with the contact surface electrically connected.
  • This measure has the advantage that in the designs, at which attach the chip to the film with the help of a Carrier body is made, the carrier body at the same time for the electrical connection of the chip to the contact surface is used, which creates an additional electrical contact is avoided.
  • the Chip received in a pot-shaped carrier body, which is attached to the film.
  • the pot-like carrier body can, for example, beforehand glued to the film by means of its edge or, if appropriate soldered to the underside of the foil with metallized surfaces become.
  • the corresponding contact segments can usually be found here be dispensed with, since this is done with sufficiently precise dimensioning on the one hand the one exerted by the injection molding compound Pressure on the support body can be sufficient to attach the Contact points under pressure on the corresponding contact segments to ensure or in the event of increased Injection molding temperature a melting of a solder to the Contact points or at the corresponding contact segments guarantee and thus result in a soldering during the To effect injection molding.
  • Carrier body can be used, the chip on its Side faces at least partially and with the Chip by means of contact points provided on its side surfaces is connected to the contact surface via the carrier body.
  • the carrier body can - if desired - simultaneously for establishing an electrical connection between the chip and the corresponding contact segments of the inner contact surface be used.
  • This measure has the advantage of being particularly intimate Connection between carrier body and chip through the surrounding Plastic mass is reached.
  • the carrier body consists in an advantageous development of Invention from a metal.
  • the carrier body itself for producing an electrically conductive Connection between the chip and the contact surface used become.
  • the formation of the contact body has a metal has the advantage of plastic deformability during the injection molding process, provided that the material is sufficiently ductile is used, causing a pressure of the chip with its contact points to the corresponding contact segments.
  • a metal carrier body can be tinned or the like is particularly simple for later soldering to get prepared.
  • the carrier body can also consist of one at least partially metallized plastic.
  • the carrier body can advantageously in contact segments be divided to form an electrically conductive connection between to provide the chip and the contact area.
  • a recess is provided, the one facing inward has sleeve-shaped extension within which the chip is held at the front with its contact points.
  • a carrier body If a carrier body is used, this can be done on the one hand lie on the inside of the film or on the other hand with an outer part on the outside of the film.
  • the carrier body is preferably with the Be glued to the inside of the film or by an adhesive point be held on an opposite second film.
  • the carrier body on the recess of the film be held under spring tension or, if necessary, on the Be glued to the outside of the film.
  • the chip is within a tubular support body recorded, which is connected to the foils at both ends.
  • the An inner contact surface is provided on the inside of the film is electrically connected to the contact surface, and with the contact points of the chip or the carrier body electrically are conductively connected.
  • This inner contact surface can also be printed on are generated by galvanic means or by vapor deposition, whereby at the same time an electrically conductive connection to the contact surface be produced on the outside of the composite body can do what coincides with the application of the contact area or the inner contact surface through appropriate holes can be done.
  • This version is particularly advantageous if the Chip with its contact points directly on the inner contact surface abuts or a support body with this electrically is conductively connected.
  • the A wear-resistant coating is applied to the outside of the film or the film is surface treated for wear resistance to increase.
  • the wear-resistant coating can, for example, consist of consist of a ceramic layer. So far as a slide Metal foil is used, it can be anodized, for example to get a higher wear resistance.
  • suitable plastic injection mold includes two movable Tool halves, between which a cavity is formed, in the liquid plastic mass is injectable, and a feed and Removal device for inserting raw parts into the Cavity and to remove the composite parts after completion of the injection molding process, the feed and removal device a tongue that can be inserted between the opened tool halves has that both for feeding a blank and for Carried a finished injection molded composite body is.
  • Fig. 1, 1 designates an inventive one Composite body using the example of a smart card.
  • an electronic circuit embedded from the outside a segmented electrical contact surface is accessible.
  • Such smart cards are widely used as phone cards, Authorization cards for mobile messaging devices, as check cards in money transactions, as proof of entitlement for health insurance companies and the like or as credentials for the Access used in certain buildings or parts of buildings, etc.
  • the user inserts the smart card into one for these purposes Card reader, which has a corresponding contact device with the electronic circuit in the smart card in Connection occurs. In this way, an existing credit checked, an identity established or another Data exchange can be made.
  • the composite body 1 is on its upper surface 2 and / or provided with an imprint 4 on its lower surface 3.
  • the imprint 4 can be an advertising imprint or instructions for use contain.
  • For the imprint 4 is an extremely good reproduction quality requires, especially if advertising or Holograms are provided.
  • one Contact surface 5 is provided, which usually consists of individual There are contact segments, as indicated schematically in FIG. 1.
  • the composite body 1 is on its first surface 2, which Forms top of the smart card, and on its opposite Surface 3 bounded by a film. Within the Composite body 1 is a chip with an electronic circuit embedded with the contact surface 5 on the surface 2 the film is electrically connected.
  • the remaining void between the foils and the chip is filled with a plastic mass.
  • FIG. 2 shows an extremely schematic representation of a plastic injection mold 30, that from a first, left Tool half 31 and a second, right tool half 32 exists.
  • the associated facilities for opening and Closing the tool 30, as well as the devices for feeding the plastic mass 22 are not for the sake of clarity shown. Only one feed and removal device for the plastic parts is schematic with the number 45 indicated.
  • the tool 30 now opens by the tool halves 31, 32 are moved laterally outwards along the arrows 33, 34.
  • a tongue moves into the opening cavity 46 of the feed and removal device 45, which is part of a Robot is.
  • the tongue 46 has two relative to each other in the direction of Double arrow 44 movable gripping elements that with the Numbers 48 and 49 are indicated and additionally with suction elements are equipped.
  • the blank 1 'in the example shown consists of two foils 20, 21, the ends by adhesive dots 25, 26 with each other are connected and wherein the chip 13 abuts a film 20 and with another adhesive dot 27 on the opposite one Foil 21 is attached.
  • the finished molded composite is in place still in the cavity of the second tool half 32.
  • the tongue 46 its end position between the two tool halves 31, 32 according to FIG. 3, the moves Gripping element 48 in the direction of the left tool half 31 and transfers the blank 1 ', for example, by means of blown air support into the cavity 39 of the left half of the tool.
  • an ejector 47 in the right half of the tool 32 actuated and the finished composite body 1 from the cavity 37 of the right tool half 32 ejected and from the other Gripping element 49 is added to the tongue 46, which is for this purpose in the direction of the second tool half 32, as in Fig. 4 shown.
  • the takeover of the fully sprayed Composite body 1 can be supported by suction air.
  • the contact surface 5 consists of three Contact segments 6, 7, 8 which are immediately above the contact points 17, 18, 19 subsequently by printing with an electrical conductive paste are produced, as shown in FIG. 5 is or which has already been previously produced on the film 20 could be.
  • the contact points 17 point before the start of the injection molding process an approximately hollow cylindrical shape and stand through a corresponding recess 9 in the film 20 to the outside which e.g. previously created by punching can. 5, in which the contact segments were created after riveting the surface of the film 20 in the area of the recesses beforehand metallized in the desired manner to suit the various To produce contact segments of the contact surface 5.
  • each contact point there is a corresponding stamp on the Tool half 31 provided so that all contact points riveted when the tool halves 31, 32 are moved together.
  • the shapes of the contact points 17, 18, 19th can also vary within certain limits when riveting and that the punches 24 can also have a slightly conical shape, to widen and plastically deform the edge of the To support hollow rivets.
  • stamp 24 after completion active during the riveting process, e.g. hydraulically operated to withdraw.
  • a "passive" withdrawal is also effected by the pressure of the plastic mass acting on the chip 13, advantageous, while still a certain plastic Post-deformation and expansion of the rivet results, so that as a result, only slight depressions in the middle of the rivet result, as in FIG. 6, approximately by the dashed line 12 is indicated.
  • the plastic mass presses during the injection molding process directly onto the underside of the chip 13 and presses it thus against the film 20 and supports the deformation of the Rivets, as previously explained.
  • FIG. 7 A variant of the composite body is shown in FIG. 7.
  • the contact points 17, 18, 19 are in the example shown conical.
  • the chip 13 is over an adhesive dot 27 with the opposite film 21 on the back of the Composite body 1 set.
  • the sandwich body thus produced already has one sufficient rigidity to easily handle the handling device of a robot in the mold cavity 38 of the plastic injection mold 30 to be able to be inserted, as can be seen from the Figures 2 to 4 has been explained.
  • the contact surface 5 is in the embodiment according to the figures 5 and 7 subsequently produced directly on the film 20.
  • a preferred, particularly inexpensive way to manufacture of the individual contact segments of the contact surface 5 consists of printing with an electrically conductive paste.
  • Another metallization option is vapor deposition a thin metallic adhesive layer, which is then galvanically is reinforced.
  • FIG. 8 Another modification of the composite body according to the invention is shown in Fig. 8.
  • a recess 50 is created in the film 20, the ends the film 20 an inwardly facing sleeve-shaped extension Have 51, between the two opposite, about at right angles from the film 20 to the interior of the composite body protruding wall surfaces 52, 53 of the chip 13 with its End faces 54, 55 is added.
  • the contact points 17, 19 are provided on the end faces 54, 55 of the chip 13, so that the chip 13 with its contact points resiliently between the wall surfaces 52, 53 of the extension 51 is received.
  • the foil 20 is designed as a metal foil, it has a significantly higher strength, so that the spring properties of the extension 51 are sufficient to the chip 13 for the to fix the subsequent injection molding process sufficiently securely.
  • the contact points 17, 19 are easily melting Solder provided, including the opposite wall surfaces 52, 53 are pretreated accordingly.
  • the metal foil 20 is preferred before attaching the chip 13 already pretreated in such a way that individual conductor tracks or Contact segments are created, with a final separation of the contact segments of the contact area from the rest of the Foil 20 preferably only takes place after the injection molding process, because the corresponding parts do not fall out. Instead if necessary, the previous attachment would also be on one Adhesive tape or the like possible.
  • the separation of the individual contact segments for example by means of cutting a laser beam or by etching techniques, after the other parts are covered accordingly. Besides punching or milling techniques are of course also conceivable.
  • the composite body merely has a film 20, while the surface 3 on the bottom of the composite body formed by the plastic compound 22 itself becomes.
  • the chip 13 is again on the inner surface 23 of a metal foil 20 via contact points 17, 19 attached.
  • the metal foil 20 is flat, so that the chip 13 with its contact points 17, 19th rests directly on the inner surface 23 of the film 20.
  • the relevant contact segments 6, 7, 8 of the contact surface can again after the manufacture of the composite body Cutting can be made using a laser.
  • the chip 13 is enclosed by a cup-shaped carrier body 40, its parallel to the direction of extension of the film 20 Edge 41 on the inner surface 23 of the film 20 through Glue dots 57, 58 is attached.
  • the chip 13 is located below a recess 50 in the film 20 and is complete enclosed by the carrier body 40, one between the carrier body 40 and the chip 13 existing space with the Plastic mass 22 was filled during the injection molding process.
  • the chip 13 was previously on the floor 42 by means of an adhesive point 49 attached.
  • the recess 50 is thus first of all made into of the film 20 and the chip 13 on the bottom 42 of the carrier body attached by means of the adhesive point 59, its Point contact points 17, 19 to the outside.
  • the carrier body 40 is now with its edge 41 on the inner surface 23 of the film 20 glued on by means of the adhesive dots 57, 58.
  • the injection molding process is followed by a generation of Contact segments 6, 7 by printing with an electrical conductive paste.
  • the cup-shaped support body serves during the injection molding process 40 to protect the chip 13 against thermal and also against mechanical influences from the plastic mass 22.
  • FIG. 11 Another variant of the invention is shown schematically in FIG. 11 shown.
  • the foil 20 is again designed as a metal foil, in which an opening 50 for the chip 13 is created.
  • the chip 13 has on its end faces grooves 61, 62 with which the chip 13 clipped into the somewhat smaller recess 50 is and is thus held under spring tension.
  • the representation 11 is exaggerated to the attachment to clarify the chip 13 in the opening 50 of the film 20.
  • the contact points 17, 19 of the chip 13 point outwards.
  • the chip 13 is removed from a stamp 60 of the tool half 31 further into the plastic plastic mass 22 pressed in until the chip 13 is approximately flush with the film 20 closes to the outside.
  • This type of attachment by snapping onto the film enables together with the following impressions at Injection molding a particularly simple manufacture. Subsequently can the contact area immediately above the contact points for example by printing with an electrically conductive paste be generated.
  • the chip for example, still in a cup-shaped Carrier body can be added to during the injection molding process to obtain thermal or mechanical protection.
  • the chip 13 is on a carrier body 40 with a cone-shaped cross section, the two outer ends of which in each case towards the outside in the direction of extension of the film 20 are extended.
  • the carrier body 40 is in the middle interrupted so that individual contact legs 62, 63 are formed are that are electrically isolated from each other.
  • the outer Ends of the contact legs 62, 63 lie on the inside 23 the film 20 and are with the contact segments 6, 8 on the Connected to the outside of the film 20 via contact tongues 64, 65, which are distinguished by corresponding recesses in the film 20 extend.
  • the attachment of the carrier body 40 on the inner surface of the film 23, for example during a Electroplating process can be achieved by the contact segments 6, 8 are applied from the outside and by the appropriate Recesses in the film 20 produce the contact tongues that establish the connection to the contact legs 62, 63.
  • the inside of the film can be previously with an inner contact surface are provided with which the carrier bodies e.g. to be soldered.
  • the chip 13 with its contact points 17, 19 is preferred soldered to the contact legs 62, 63 of the carrier body 40.
  • the chip 13 completely enclosed with plastic compound 22 and additionally by the pressure of the plastic mass 22 against the contact legs 62, 63 pressed.
  • FIG. 13 A further modification of the embodiment according to FIG. 12 is shown in FIG Fig. 13 shown.
  • the chip 13 is on both sides between a support body 40 and a support body 40 'between each two foils 20, 21 included.
  • the structure of the carrier body 40, 40 'and corresponds the attachment of the chip 13 to the carrier bodies and the Connection of the carrier body with the contact segments completely the previously described version.
  • the chip is 13 completely enclosed by a tubular support body 40, the one with its two end faces with the Foils 20 and 21 is glued.
  • the chip 13 is thus in the Void created on the side surfaces by the carrier body 40 and is delimited at the end by the foils 20 and 21.
  • Its upper contact points 17, 19 are through corresponding openings in the film 20 to the outside; likewise its contact points 17 ', 19' are on the lower one Film protrudes through openings to the outside.
  • the contact area is produced by printing after the production of the composite body.
  • the chip 13 is its shape is adapted to the size of the cavity formed, completely protected against external influences during the injection molding process.
  • Such an embodiment is therefore particularly suitable sensitive components.
  • the chip 13 is similar 10 of a cup-shaped design Carrier body 40 enclosed.
  • the chip 13 and the edge 41 of the carrier body 40 close approximately flush with the surface 2 of the film 20.
  • the carrier body 40 is in individual contact segments or split contact legs 62, 63, which according to FIG. 15 in the middle are separated by insulation 66. It can a correspondingly segmented metallic Act carrier body 40.
  • the carrier body 40 is made preferably made of plastic, which is metallized in segments.
  • the carrier body 40 itself serves to produce one electrically conductive connection between the contact points 17, 19 which rest on the bottom 42 of the carrier body 40. Consequently can the edges 41 of the carrier body 40 itself as a contact surface be used or later with another be provided with an electrically conductive coating.
  • the carrier body initially when inserted into the opening 50 of the film 20 protrudes outwards with its edge 41, he will during the injection molding process due to the elevated temperatures and the prevailing within the cavity Pressure aligned with the film 20, or the film 20 lies against the surface of the injection mold, so that the approximately flush course shown in Fig. 15 arises.
  • An approximately between the carrier body 40 and the chip 13 existing space is so small that it does not appear macroscopically.
  • FIG. 16 A further modification of the embodiment according to FIG. 15 is shown in FIG Fig. 16 shown.
  • cup-shaped support body 40 is attached to the inside 23 of the film 20.
  • the chip 13 is by means of of the carrier body 40 attached to the inside 23 of the film 20, by gluing the edge 41 to the film 20.
  • the chip 13 is thus complete during the injection molding process encapsulated against the hot plastic mass 22 and mechanically protected.
  • gluing the edge 41 to the film 20 can also the bottom 42 of the support body 40 by means of a Adhesive point 27 attached to the opposite film 21 as shown in FIG. 16.
  • a second film 21 is dispensed with the carrier body 40 is preferably with its edge 41 glued to the film 20.
  • the contact segments 6, 7, 8 of the contact surface are in turn after the production of the composite body, preferably by Printing with an electrically conductive paste.
  • FIG. 17 Another variant is shown in FIG. 17.
  • a recess 50 in the film 20 through which a flange-shaped carrier body 40 with its inside facing extension 51 is inserted, the chip 13th with its contact points 17, 19 on the face between the Wall surfaces 52, 53 of the extension 51 is held, similar to that Execution according to FIG. 8.
  • the carrier body 40 lies with its outer edge 41 on the the edge 50 of the film 20 surrounding the opening 20 in the film 20 flat on.
  • the space between the recess 50, the Chip 13 and the carrier body 40 is again completely with Plastic mass 22 filled so that there is a flush conclusion on the surface of the film 20 results.
  • the carrier body 40 in turn consist of a plastic, the segment is metallized.
  • the chip 13 is preferably below Spring tension between the wall surfaces 52, 53 of the extension 51 added.
  • the carrier body 40 can be in the opening 50 in the film 20 clipped in and thus held, for example, under spring tension become.
  • the opening 50 in the film 20 can be somewhat smaller Have dimensions as the extension 51.
  • FIG. 18 A last variant of the invention is shown in FIG. 18.
  • the carrier body 40 is similar to the embodiment according to Fig. 12 is conical and deviates from 12 with its edge 41 on the outer surface 2 of the film 20 flush on one edge, which surrounds the opening 50.
  • the carrier body 40 is in turn in individual contact legs 62, 63 divided, the electrically conductive are and on the inside of the chip 13 with its contact points 17, 19 is electrically connected, e.g. soldered is.
  • the support body 40 can with its edge 41 at the opening 50 of the film 20 can be fastened by clipping in, which is shown in FIG. 18 but is not shown. Alternatively, an attachment done by gluing.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers mit einer Kunststoffmasse und mindestens einem zumindest teilweise in der Kunststoffmasse eingelagerten Chip, bei dem ein Hohlraum eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges mit der Kunststoffmasse ausgespritzt wird, bei dem ferner der Chip in die Kunststoffmasse eingelagert und eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Chip und Kontaktsegmenten einer an einer Oberfläche des Verbundkörpers befindlichen Kontaktfläche hergestellt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kunstoff-Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Verbundkörpern mit einer Kunststoffmasse, in die mindestens teilweise ein Chip eingelagert ist, mit zwei beweglichen Werkzeughälften, zwischen denen ein Hohlraum gebildet ist, in den flüssige Kunststoffmasse einspritzbar ist, und mit einer Zuführ- und Entnahmeeinrichtung zum Einlegen von Rohteilen in den Hohlraum und zum Entnehmen der Verbundteile nach Beendigung des Spritzgießvorganges.
Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus dem Dokument EP 0 399 868 B1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, mit der Herstellung von sogenannten Smart Cards. Unter einer Smart Card versteht man eine ein- oder doppelseitig kaschierte Kunststoffkarte, die üblicherweise mit Hinweis- und/oder Werbeaufdrucken und/oder mit Sicherheitsmerkmalen, z.B. einem Hologramm, einem Magnetstreifen, einem Foto des Karteninhabers oder dergleichen versehen ist. In die Smart Card ist herkömmlicherweise ein sogenanntes Modul eingebettet. Das Modul besteht aus einem elektronischen Schaltkreis (Chip) sowie üblicherweise einem Trägerplättchen, auf dem der Chip sitzt. Das Plättchen bildet bei bestimmten Karten mit mehreren Oberflächensegmenten eine segmentierte elektrische Kontaktfläche, die von außen zugänglich ist. Bei anderen Kartenarten sind Antennen in der Karte vorgesehen, um Informationen, z.B. Daten, berührungslos auszutauschen. Derartige Smart Cards werden als Telefonkarten, Berechtigungskarten für mobile Nachrichtengeräte, als Scheckkarten im Geldverkehr, als Berechtigungsnachweise für Krankenkassen oder dergleichen, als Berechtigungsnachweise für den Zugang in bestimmte Gebäude oder Gebäudeteile oder für andere Zwecke, z.B. zur Warensicherung, eingesetzt. Der Benutzer schiebt die Smart Card zu diesen Zwecken in einen Kartenleser oder führt ihn daran vorbei, der über eine entsprechende Kontakt- oder Antenneneinrichtung mit dem elektronischen Schaltkreis in der Smart Card in Verbindung tritt. Auf diese Weise kann z.B. bei einer Telefonkarte oder einer Scheckkarte ein vorhandenes Guthaben überprüft, eine Identität festgestellt oder ein sonstiger Datenaustausch vorgenommen werden.
Darüber hinaus befaßt sich die Erfindung auch mit der Herstellung ähnlicher Karten, die unter der Bezeichnung "Data-Cards" und unter der Bezeichnung "PCMCIA" bekannt sind. Hierbei handelt es sich meist um einseitig oder zweiseitig mit einer Metallfolie kaschierte Karten, meist in der Größe einer Scheckkarte, jedoch von einer etwas größeren Dicke, so daß auch aufwendigere Elektronikkomponenten darin aufgenommen werden können. Derartige Data-Cards dienen unter anderem zur Datenspeicherung und als Berechtigungskarten für höchste Sicherheitsstandards. PCMCIA-Karten werden unter anderem in Notebooks und anderen tragbaren elektronischen Geräten eingesetzt und können beispielsweise ein Modem, eine ISDN-Schnittstelle, zusätzliche Speicherchips oder dergleichen enthalten.
Dabei ist in der Regel an einer Stirnseite der flachen Karte eine Nut ausgebildet, innerhalb derer innenliegend die einzelnen Kontaktsegmente einer Kontaktfläche vorgesehen sind, über die dann beim Einstecken in den sogenannten "PCMCIA-Slot" mit entsprechenden männlichen Kontaktzungen der Kontakt hergestellt wird.
Um Smart Cards zugleich als Werbeträger einsetzen zu können, stellt man diese vorzugsweise dadurch her, daß man eine oder zwei Folien, vorzugsweise sogenannte Label verwendet, die eine oder die beiden flachen Seiten der Smart Card im hergestellten Zustand bilden. Unter einem Label ist dabei eine vorzugsweise einseitig bedruckte Folie zu verstehen. Das Label ist mit dem Werbeaufdruck oder dergleichen versehen. Der Aufdruck muß dabei von hoher Qualität sein. Es hat sich herausgestellt, daß eine bessere Druckqualität dann erreicht wird, wenn die Folie, die das Label bildet, vor der Herstellung der Smart Card bedruckt wird.
Das Label wird zur Herstellung der Smart Card in den Hohlraum eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges eingelegt. Der Hohlraum hat hierzu eine flache, quaderförmige Gestalt, und die Label werden auf die flachen Oberflächen des Hohlraums aufgelegt. Es ist dabei dafür Sorge zu tragen, daß die Label im Hohlraum sauber positioniert sind und während der Formfüllung ihre Position beibehalten.
Für die Folie des Labels und das einzuspritzende Kunststoffmaterial wird vorzugsweise der gleiche oder ein ähnlicher Kunststoff verwendet, z.B. Polystyrol, Propylen, ABS oder Polycarbonat, damit man nach Beendigung des Einspritzvorganges einen besonders guten Verbund zwischen den Labeln und dem eingespritzten Kunststoff erhält.
Der Begriff "Label" ist in diesem Zusammenhang nur beispielhaft zu verstehen.
Allgemein gesprochen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl zugeschnittene als auch nicht zugeschnittene Folien oder Label verwendet werden. Diese Folien können ein- oder beidseitig bedruckt sein. Sie können auf einer oder mehreren Oberflächen des Verbundkörpers, beispielsweise der Smart Card, angeordnet werden.
Herkömmlicherweise wird das Kunststoffmaterial über einen Angußschlitz im Bereich einer Schmalseite des Hohlraums zwischen die beiden Label eingespritzt.
Im Querschnitt sieht die Smart Card dann so aus, daß die Oberfläche auf der Rückseite durch eines der Label gebildet wird. Auf der Vorderseite, nämlich der Sichtseite, befindet sich die Kontaktfläche, die mit dem Chip zu einem Modul verbunden ist.
Gemäß der eingangs genannten EP 0 399 868 B1 wird der Chip zunächst auf einem Metallband befestigt und verdrahtet. Der Chip wird dann auf dem Metallband in einen Kunststoff eingegossen, so daß ein Modul entsteht, das bereits eine gewisse Dicke aufweist. Das Modul ist so gestaltet, daß seine Dicke der Höhe des Hohlraums im Werkzeug entspricht. Bei geschlossenem Werkzeug wird damit ein Druck auf das Modul ausgeübt, der dieses an einer bestimmten Position im Hohlraum fixiert. Bei einer anderen Ausführungsform des bekannten Verfahrens wird auf ein vorher bedrucktes Label verzichtet und statt dessen ein Bildtransfer-Film in den Hohlraum eingelegt. Das vom Bildtransfer-Film getragene Bild haftet auf dem eingespritzten Kunststoffmaterial. Nach dem Entformen der Smart Card befindet sich der Aufdruck damit auf dem labellosen Kunststoffkörper, und der Bildtransfer-Film kann entfernt werden. Bei Varianten des Herstellungsverfahrens können eine oder beide flachen Seiten der Smart Card durch derartige Filme bedruckt werden. Aber auch die Verwendung von Labeln auf einer oder beiden flachen Seiten ist bei dem bekannten Verfahren möglich. Da bei der Verwendung von Labeln das bekannte Verfahren vorsieht, das Modul auf der Innenseite des Labels anzuordnen, wird das Label an der Auflagestelle des Moduls so weit ausgeschnitten, daß die Kontakte des Moduls von der flachen Seite der fertigen Smart Card her zugänglich sind.
Auf jeden Fall wird jedoch zunächst eine Kontaktfläche hergestellt, die je nach den Erfordernissen in verschiedene Segmente unterteilt ist. Der Chip wird mit dieser segmentierten Kontaktfläche in Verbindung gebracht und mit seinen Anschlüssen auf die einzelnen Segmente der Kontaktfläche von innen aufgelötet bzw. über Kontaktdrähte verbunden. Anschließend wird der Chip zusammen mit der Kontaktfläche in einer Form mit Gießharz umgossen, um das Modul herzustellen, das anschließend zusammen mit den Folien in den Hohlraum eingelegt wird, der dann mit Kunststoffmasse ausgespritzt wird. Meist hängen eine Reihe von Kontaktflächen an einem flachen Metallband oder auf einer elektrisch leitend beschichteten Folie in Form eines Bandes zusammen, auf das die Chips gebondet, anschließend zu Modulen vergossen und schließlich z.B. durch Stanzen voneinander getrennt werden. Die Kontaktierung der Chips auf Bändern ist auch unter der Bezeichnung "Tape-Bonding" bekannt.
Bisher wurde die separate Herstellung eines Moduls mit dem Chip und der Kontaktfläche als notwendig angesehen, um den Chip bei der Herstellung der Smart Card gegen äußere Einflüsse zu schützen und um eine sichere Verbindung mit der Kontaktfläche herzustellen.
Als nachteilig hat sich dabei der zusätzliche Aufwand herausgestellt, der durch die separate Herstellung des Moduls vor der Herstellung der eigentlichen Smart Card bedingt ist.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß bei der Verwendung von zwei Labeln oder Folien zwei separate Elemente in den Hohlraum des Werkzeugs eingeführt werden müssen. Da Smart Cards nur Kantenlängen von wenigen Zentimetern aufweisen, sind die Label bzw. Folien relativ weiche und instabile Gebilde, weil diese sehr dünn sind. Eine präzise Handhabung und Positionierung ist schwierig. Das gilt insbesondere dann, wenn niedrige Zykluszeiten angestrebt werden, die naturgemäß mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten sowie hohen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen des Handlingsgerätes verbunden sind. Die relativ weichen und instabilen Folien können sich dabei durch Massenträgheitskräfte verbiegen, umklappen oder auf andere Weise ihre Lage verändern, so daß die Gefahr besteht, daß ein zu hoher Prozentsatz an Ausschuß produziert wird.
Aus dem Dokument US 5 417 905 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Karte mit dekorierten Oberflächen bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Modul verwendet, das auf einer Trägerfolie angeordnet und mit dieser in einen Hohlraum eines Spritzgießwerkzeugs eingesetzt wird. Um das Modul während des Einspritzvorganges unverrückbar im Hohlraum zu halten, wird über einen in das Werkzeug eingearbeiteten Stempel ein Anpreßdruck auf das Modul ausgeübt, indem das Modul gegen die gegenüberliegende Seite des flachen Formhohlraums gedrückt wird. Auf diese Weise soll ferner verhindert werden, daß das eingespritzte flüssige Kunststoffmaterial zwischen die Oberseite des Moduls, an der sich Kontaktsegmente befinden, und der daneben liegenden Wand des Formhohlraums eindringt, so daß bei der fertig gespritzten Karte die Kontakte durch Kunststoffmaterial überdeckt oder zumindest verunreinigt wären.
Aus dem Dokument US 4 625 102 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer sogenannten Memory Card bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Modul mit einem Chip verwendet, wobei der Chip über herkömmliche Bond-Drähte mit Kontaktsegmenten an der Kartenoberfläche verbunden und das Gebilde aus Chip und Bond-Drähten mit Kunststoff umgeben wird, ehe die Karte hergestellt wird.
Aus dem Dokument EP 0 649 719 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Chipkarten mittels Spritzgießen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ebenfalls ein Modul verwendet, das aus einem Halbleiter besteht, der auf einem Leadframe montiert und über Bond-Drähte elektrisch angeschlossen ist. An dem in der Regel quaderförmigen Modul befinden sich somit an dessen Unterseite flächig ausgebildete Kontakte bzw. Anschlußflächen. Das Modul wird auf ein Trägerband aufgesetzt und zusammen mit diesem in einen Hohlraum eines Spritzgießwerkzeugs eingesetzt und dort umspritzt.
Aus dem Dokument WO 92/13318 A1 ist ein Trägerelement für integrierte Halbleiter-Schaltkreise, insbesondere zum Einbau in Chip-Karten bekannt. Auch bei diesem Trägerelement wird ein vorgefertigtes Modul der bereits beschriebenen Art verwendet.
Entsprechendes gilt für ein für einen IC-Chip vorgesehenes Trägerelement, das in dem Dokument US 4 476 292 A beschrieben ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird ein Halbleiterchip in eine Aussparung eines Films eingesetzt und über selbsttragende Bond-Drähte mit Kontaktflächen an der Oberfläche des Films verbunden. Danach wird bei einem Ausführungsbeispiel der Halbleiterchip in der Aussparung mit Kunststoff vergossen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers und einen Verbundkörper gemäß der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen die Arbeitsschritte bei der Herstellung des Verbundkörpers soweit wie möglich vereinfacht werden und eine kostengünstige Herstellung ermöglicht werden.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges fixiert wird.
Bei dem Kunststoff-Spritzgießwerkzeug der eingangs genannten Art wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Werkzeughälfte eine in eine Oberfläche des Hohlraums mündende Bohrung vorgesehen ist, in der ein Stempel beweglich geführt ist, der zur Vernietung eines von dem Chip hervorstehenden Nietes mit einer in den Hohlraum eingelegten Folie ausgebildet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Durch die Erfindung wird nämlich erreicht, daß das Vergießen des Chips mit einer Kontaktfläche zu einem Modul überflüssig wird. Dennoch wird eine exakte und zuverlässige Kontaktierung zwischen Chip und einer Oberfläche des Verbundkörpers beim Ausspritzen des Hohlraums des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges sichergestellt.
Erfindungsgemäß wird somit die Herstellung erheblich vereinfacht, da mehrere Arbeitsgänge eingespart werden, und gleichzeitig ist es nur noch erforderlich, den Chip selbst exakt in den Hohlraum einzubringen und beim Spritzgießvorgang zu halten.
Die Kontaktierung wird erfindungsgemäß während des Spritzgießvorgangs fixiert, d.h. endgültig festgelegt, während die betreffenden Teile, die zur Kontaktierung führen, gegebenenfalls zuvor schon lose zusammengelegt sein können.
Auf jeden Fall ist es möglich, den Chip unmittelbar in die Kunststoffmasse vor oder während des Spritzgießvorgangs einzubringen, ohne daß eine vorherige Modulherstellung durch Vergießen mit einer Kontaktfläche erforderlich ist.
Im Rahmen der Erfindung ist der Begriff "Chip" sehr weit zu aufzufassen, so daß auch einzelne elektronische Bauteile oder größere Baugruppen mit dieser Bezeichnung umfaßt sind. Während man üblicherweise unter Bezeichnung "Chip" einen elektronischen Schaltkreis versteht, dessen Kontakte mit Kontaktzungen oder Anschlußbeinen gebondet sind und bei dem das eigentliche Halbleitersubstrat ("Wafer" bzw. "Die") vollständig gekapselt in einem Kunststoffgehäuse vergossen ist, ist es im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, Chips zu verwenden, die noch nicht in ein Kunststoffgehäuse eingebettet sind.
Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich bevorzugt, bereits das Halbleiterbauteil, das mit Kontaktpunkten an seiner Oberfläche versehen ist, in den Kunststoffkörper einzubetten, ohne daß das Halbleiterbauteil zuvor mit einer Kunststoffmasse ummantelt wird.
Dies führt erfindungsgemäß zu einer Einsparung von zusätzlichen Arbeitsschritten (Gehäuseherstellung bzw. Modulherstellung) und führt somit zu erheblicher Zeit- und Kostenersparnis, während darüber hinaus sogar kleinere Baugrößen möglich werden, da auf die separate Gehäuseherstellung des Chips bzw. die Modulherstellung verzichtet wird.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Chip und die Kontaktsegmente in der bereits beschriebenen Weise zunächst lose zusammengelegt und dann während des Spritzgießvorganges durch das Fixieren endgültig festgelegt.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung findet das Fixieren auf unterschiedliche Weise statt.
Bei einer ersten Variante wird die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges durch Anlage unter Druck fixiert, während bei einer zweiten Variante dies durch Verlöten und bei einer dritten Variante durch Vernieten erreicht wird. Wenn die Kontaktierung durch Verlöten fixiert wird, ist besonders bevorzugt, das Verlöten unter der Wärmeeinwirkung des Spritzgießvorganges erfolgen zu lassen.
In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung wird die Kontaktierung selbst während des Spritzgießvorgangs erzeugt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein weiterer Arbeitsgang, nämlich die separate Herstellung einer Kontaktierung, überflüssig wird. Somit ergibt sich eine weitere Verkürzung der Zykluszeit und damit eine erhebliche Kosteneinsparung.
In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung wird der Chip an einer Folie befestigt, die eine flache Seite des Verbundkörpers bildet, und gemeinsam mit der Folie in den Hohlraum des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges eingebracht.
Die Positionierung der aus Folie und Chip gebildeten Einheit kann dabei in herkömmlicher Weise durch Anlegen eines Unterdrucks, durch elektrostatische Kräfte oder dergleichen erreicht werden. Die Lage des Chips ist dabei von selbst mit gewährleistet, weil der Chip fest mit der Folie verbunden ist.
Es ist daher im Gegensatz zum Stand der Technik weder erforderlich, zwei Positionierungsvorgänge vorzunehmen, nämlich einmal für die Folie und einmal für das Modul, und es müssen auch keine weiteren Maßnahmen getroffen werden, um das Modul an Ort und Stelle zu halten. Dabei wird erreicht, daß die Lage des Chips an der Folie und damit im Hohlraum auch während des Schließvorganges des Werkzeugs garantiert wird. Die Befestigung des Chips an der Folie kann darüber hinaus so dauerhaft und widerstandsfähig ausgebildet werden, daß auch während des Einspritzvorgangs keine weiteren Maßnahmen zur Halterung des Chips an der vorbestimmten Position erforderlich sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dadurch, daß Chip und Folie zu einer Einheit verbunden sind, das Handling beim Einlegen der Folie und des Chips in das Kunststoff-Spritzgießwerkzeug einerseits und das Entnehmen des fertig gespritzten Verbundkörpers aus dem Kunststoff-Spritzgießwerkzeug andererseits erheblich vereinfacht wird. Es wird erfindungsgemäß nämlich ermöglicht, daß ein zwischen die beiden Werkzeughälften einfahrender Roboter gleichzeitig einen Rohling in eine der Werkzeughälften einlegt und das aus einer anderen Werkzeughälfte ausgeworfene Fertigteil beim Ausfahren aus dem Kunststoff-Spritzgießwerkzeug mitnimmt.
Dadurch wird eine erhebliche Verkürzung der Zykluszeit und somit ein deutlicher Kostenvorteil erreicht.
Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung wird der Chip nicht mit einer Folie vor Beginn des Spritzgießvorgangs verbunden, sondern an einem Teil des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges z.B. durch Kleben befestigt, bevor der Hohlraum des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges mit Kunststoffmasse ausgespritzt wird. Der Kleber kann sich dabei etwa bei der erhöhten Spritzgießtemperatur thermisch auflösen, so daß das Fertigteil nach Beendigung des Spritzgießvorgangs einfach ausgeworfen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Chip über Kontaktpunkte an seiner Oberfläche elektrisch leitend mit der Kontaktfläche verbunden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Kontaktpunkte geometrisch entsprechend angepaßt werden können, um unmittelbar durch Verlötung oder durch Anlage unter Druck mit einer entsprechend gestalteten Gegenkontaktfläche eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen oder um eine Durchführung der Kontaktpunkte durch entsprechende Ausnehmungen in der Folie nach außen zu ermöglichen. Somit kann in einfacher Weise eine elektrisch leitende Verbindung zur Kontaktfläche hergestellt werden, ohne daß ein aufwendiger Bonding-Prozeß wie im Stand der Technik erforderlich ist, bei dem feine Drähte mit den Kontaktpunkten auf dem Halbleitersubstrat durch Bonding verbunden werden.
Es versteht sich, daß unter der Bezeichnung "Kontaktpunkt" beliebige Kontaktstellen an der Oberfläche des Chips zu verstehen sind, deren tatsächliche Ausführung in weiten Grenzen variieren kann und vom Chiphersteller einerseits vorgegeben sein kann, aber insbesondere auch an die jeweilige spezielle Ausführung des Verbundkörpers angepaßt sein kann. In der Regel werden die Kontaktpunkte jedoch so ausgebildet sein, daß sie eine gewisse Druckbelastung ermöglichen und gegebenenfalls mittels eines sehr niedrigschmelzenden Lotes verlötet bzw. gebondet werden können.
Die Kontaktfläche selbst kann grundsätzlich sowohl vor als auch nach dem Spritzgießvorgang erzeugt werden. Eine Erzeugung nach dem Spritzgießvorgang ist besonders bevorzugt, da während des Spritzgießvorgangs die Fixierung der Kontaktierung, d.h. die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktpunkten und der Außenseite des Verbundkörpers, erfolgt, und somit nach dem Spritzgießen die Kontaktfläche auf besonders einfache Weise hergestellt und mit der Kontaktierung gleichzeitig verbunden werden kann. Darüber hinaus kann in zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung die Kontaktierung, d.h. die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktpunkten und der Kontaktfläche, die während des Spritzgießvorgangs lediglich fixiert wurde, komplettiert oder vervollständigt werden.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung werden in der Folie Ausnehmungen erzeugt, in die die Kontaktpunkte eingesteckt werden, um eine elektrisch leitende Verbindung zur Außenfläche der Folie herzustellen.
Durch diese Maßnahme wird eine besonders einfache Verbindung zwischen dem Chip und der Kontaktfläche auf der Oberfläche des Verbundkörpers ermöglicht.
Hierbei können die Kontaktpunkte stiftartig ausgebildet sein, je nach den geometrischen Erfordernissen jedoch auch kegelförmig, quaderförmig oder andersgeartet ausgebildet sein.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktpunkte als Niete ausgebildet, die beim Spritzgießvorgang mit der Folie vernietet werden.
Auf diese Weise wird beim Spritzgießvorgang gleichzeitig eine dauerhafte und beständige Kontaktierung erreicht und der Chip zusätzlich an der Folie befestigt. Vorzugsweise sind hierbei die Kontaktpunkte als Hohlniete ausgebildet, die beim Spritzgießvorgang durch entsprechend geformte Stempel am Kunststoff-Spritzgießwerkzeug aufgenietet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt, daß der Chip bereits durch Einstecken seiner Kontaktpunkte in die Ausnehmungen an der Folie befestigt wird.
Auf diese Weise wird der Herstellungsprozeß besonders einfach gestaltet, da zusätzliche Klebevorgänge und dergleichen entfallen. Dabei kann der Chip bereits durch Einstecken seiner Kontaktpunkte in die entsprechenden Ausnehmungen der Folie daran verrastet werden. In alternativer Weise kann es sich auch nur um eine lose Verbindung des Chips mit der Folie handeln, wobei der Chip dann vorzugsweise von oben auf die Folie aufgelegt wird und dann gemeinsam mit dieser in den Formhohlraum eingebracht wird.
In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung kann der Chip natürlich auch mit der Folie verklebt oder über seine Kontaktpunkte mit der Folie verlötet werden.
Auf diese Weise wird auch dann, wenn eine Befestigung über ein Einstecken der Kontaktpunkte in Öffnungen der Folie nicht ausreichend ist, eine für den nachfolgenden Spritzgießvorgang ausreichend sichere Verbindung des Chips mit der Folie gewährleistet.
In alternativer Weise kann der Chip an der Folie auch unter Federspannung befestigt werden.
Dies setzt voraus, daß die Folie eine ausreichende Steifigkeit aufweist, was insbesondere bei einer Metallfolie der Fall ist.
Die Verwendung einer Metallfolie hat den zusätzlichen Vorteil, daß diese gleichzeitig als Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlen wirkt und insbesondere bei qualitativ hochwertigen Karten bevorzugt ist, was auch einen höheren Verkaufspreis für derartige Karten ermöglicht.
Darüber hinaus können in zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung auf der Metallfolie Kontaktsegmente erzeugt werden.
Auf diese Weise kann die Metallfolie selbst zur Herstellung der Kontaktfläche benutzt werden, was eine weitere Vereinfachung bedeutet.
Hierbei können einzelne Kontaktsegmente vor dem Befestigen des Chips erzeugt werden, was z.B. durch Ätzen oder durch LaserSchneiden erfolgen kann. Jedoch ist es auch denkbar, am fertig gespritzten Verbundkörper einzelne Kontaktsegmente beispielsweise mittels eines Lasers auszuschneiden oder durch Ätzen eine derartige Trennung herbeizuführen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird die Kontaktfläche auf der Oberfläche der Folie durch Aufdrucken, durch galvanisches Auftragen oder Aufdampfen eines elektrisch leitfähigen Werkzeugstoffes erzeugt.
Als besonders kostengünstiges Verfahren hat sich hierbei das Bedrucken mittels leitfähiger Paste erwiesen, um die segmentierte Kontaktfläche zu erzeugen. In alternativer Weise kann die Kontaktfläche natürlich auch durch galvanische Verfahren oder durch Abscheidung aus der Gasphase auf der Oberfläche der Folie erzeugt werden.
In zusätzlicher Weiterbildung dieser Ausführung wird die Kontaktfläche unmittelbar auf den Kontaktpunkten erzeugt.
Auf diese Weise wird z.B. durch Aufdrucken oder durch Aufgalvanisieren einer entsprechenden Schicht auf die Enden der Kontaktpunkte, die durch Öffnungen in der Folie nach außen hervorstehen, die Kontaktfläche in besonders einfacher Weise unmittelbar auf der Folie oder auf der Oberfläche des Verbundkörpers erzeugt, die mit der Kunststoffmasse beim Spritzgießvorgang ausgefüllt ist, ohne daß hierzu eine zusätzliche elektrische Kontaktierung vorgenommen werden muß.
In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung werden die Kontaktpunkte beim Aufdrucken der Kontaktfläche plastisch verformt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß gleichzeitig beim Aufdruckvorgang eine zusätzliche mechanische Befestigung der Kontaktfläche auf der Außenfläche der Folie erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird der Chip an der Folie mit Hilfe eines Trägerkörpers festgelegt.
Je nach Ausgestaltung des Trägerkörpers kann hierdurch ein mechanischer oder auch ein thermischer Schutz des Chips beim nachfolgenden Spritzvorgang beim Ausspritzen des Hohlraums des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges erreicht werden. Andererseits kann die Befestigung des Chips an der Folie vereinfacht werden und für den Spritzvorgang besonders beständig gestaltet werden.
In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung wird die Folie mit einer zweiten Folie zu einem Sandwich verbunden.
Soweit auf beiden flachen Seiten des Verbundkörpers ein Abschluß durch eine Folie vorgesehen ist, ergibt sich auf diese Weise eine zusätzliche Vereinfachung beim Handling des Rohlings beim Einlegen in das Kunststoff-Spritzgießwerkzeug.
Die Verbindung der beiden Folien kann hierbei etwa durch Klebepunkte vorgenommen werden.
Bei dieser Ausführung kann zusätzlich auch der Chip an der gegenüberliegenden Folie durch einen Klebepunkt fixiert werden, wodurch auf besonders einfache Weise eine Befestigung und Positionierung des Chips gewährleistet werden kann.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird der Chip mit Kontaktflächen an beiden flachen Seiten des Verbundkörpers oder an einer Stirnseite des Verbundkörpers verbunden.
Auf diese Weise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Smart Cards mit Kontaktflächen auf beiden Seiten oder auch Data-Cards oder PCMCIA-Cards erzeugen, bei denen die Kontaktflächen in der Regel stirnseitig in Nuten innenliegend angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird der Chip mit dem Trägerkörper verklebt, seine Kontaktpunkte mit dem Trägerkörper verlötet, oder der Chip wird zwischen Folie und Trägerkörper formschlüssig eingeschlossen oder am Trägerkörper unter Federspannung befestigt.
Durch Verklebung oder Verlötung wird eine zuverlässige und dauerhafte Festlegung des Trägerkörpers an der Folie erreicht. Soweit der Chip dabei gleichzeitig zwischen Folie und Trägerkörper formschlüssig eingeschlossen wird, ist eine zusätzliche Befestigung des Chips nicht erforderlich. Wird dagegen der Chip am Trägerkörper unter Federspannung befestigt, so ergibt sich auf besonders einfache Weise eine für den Spritzgießvorgang ausreichende Befestigung des Chips am Trägerkörper, wenn dieser ausreichend steif ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung wird der Trägerkörper in einer Ausnehmung der Folie unter Federspannung befestigt.
Darüber hinaus kann der Trägerkörper mit der Folie verklebt oder verlötet werden.
Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Befestigung des Trägerkörpers an der Folie.
Soweit der Trägerkörper an der Folie befestigt wird, wird dabei vorzugsweise gleichzeitig der Chip zwischen Folie und Trägerkörper formschlüssig eingeschlossen, um so eine Vereinfachung der Befestigung zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Kontaktpunkte des Chips über den Trägerkörper mit der Kontaktfläche elektrisch verbunden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei den Ausführungen, bei denen eine Befestigung des Chips an der Folie mit Hilfe eines Trägerkörpers vorgenommen wird, der Trägerkörper gleichzeitig zur elektrischen Verbindung des Chips mit der Kontaktfläche genutzt wird, wodurch eine zusätzliche elektrische Kontaktierung vermieden wird.
Soweit der Trägerkörper mit der Folie oder Kontaktpunkte des Chips mit der Folie oder dem Trägerkörper verlötet werden, erfolgt diese Verlötung in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung unter der Wärmeeinwirkung des Spritzgießvorgangs.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein zusätzlicher Arbeitsgang entfällt, was eine entsprechende Verfahrensvereinfachung bedeutet. Es versteht sich, daß dies natürlich nur dann möglich ist, wenn die Verlötung nicht gleichzeitig zur Befestigung des betreffenden Teiles dient.
In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Chip in einem topfartig ausgebildeten Trägerkörper aufgenommen, der an der Folie befestigt wird.
Auf diese Weise ergibt sich ein besonders vorteilhafter mechanischer und thermischer Schutz des Chips beim späteren Ausspritzen des Hohlraums mit heißer Kunststoffmasse.
Dabei kann der topfartige Trägerkörper zuvor beispielsweise mittels seines Randes mit der Folie verklebt oder gegebenenfalls mit metallisierten Flächen an der Unterseite der Folie verlötet werden.
Auf eine gesonderte Verlötung der Kontaktpunkte des Chips mit den entsprechenden Kontaktsegmenten kann hierbei in der Regel verzichtet werden, da hierzu bei ausreichend präziser Dimensionierung einerseits der von der Spritzgießmasse ausgeübte Druck auf den Trägerkörper ausreichen kann, um eine Anlage der Kontaktpunkte unter Druck an den entsprechenden Kontaktsegmenten zu gewährleisten oder um gegebenenfalls bei der erhöhten Spritzgießtemperatur ein Aufschmelzen eines Lotes an den Kontaktpunkten bzw. an den entsprechenden Kontaktsegmenten zu gewährleisten und somit im Ergebnis eine Verlötung während des Spritzgießvorgangs zu bewirken.
Anstelle eines topfartigen Trägerkörpers kann auch ein flanschartiger Trägerkörper verwendet werden, der den Chip an seinen Seitenflächen zumindest teilweise umschließt und mit dem der Chip mittels an seinen Seitenflächen vorgesehener Kontaktpunkte über den Trägerkörper mit der Kontaktfläche in Verbindung steht.
Der Trägerkörper kann also - soweit gewünscht - gleichzeitig zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Chip und den entsprechenden Kontaktsegmenten der Innenkontaktfläche verwendet werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine besonders innige Verbindung zwischen Trägerkörper und Chip durch die umgebende Kunststoffmasse erreicht wird.
Der Trägerkörper besteht in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung aus einem Metall.
Durch diese Maßnahme kann der Trägerkörper selbst, wie zuvor bereits erwähnt, zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Chip und der Kontaktfläche genutzt werden. Des weiteren hat die Ausbildung des Kontaktkörpers aus einem Metall den Vorteil einer plastischen Verformbarkeit während des Spritzgießvorgangs, sofern ein ausreichend duktiler Werkstoff verwendet wird, wodurch ein Andruck des Chips mit seinen Kontaktpunkten an die entsprechenden Kontaktsegmente unterstützt wird. Andererseits kann ein Trägerkörper aus Metall durch Verzinnen oder dergleichen zu einer späteren Verlötung besonders einfach vorbereitet werden.
In alternativer Weise kann der Trägerkörper auch aus einem zumindest teilweise metallisierten Kunststoff bestehen.
Hierdurch ergibt sich teilweise eine kostengünstigere Herstellung, wobei darüber hinaus insbesondere bei den Ausführungen, bei denen der Chip von dem Trägerkörper weitgehend umschlossen ist, ein verbesserter thermischer Schutz des Chips beim nachfolgenden Spritzgießvorgang erreicht wird, da das Grundmaterial des Trägerkörpers, Kunststoff, schlechter wärmeleitend als ein Metall ist.
Der Trägerkörper kann in vorteilhafter Weise in Kontaktsegmente unterteilt sein, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Chip und der Kontaktfläche zur Verfügung zu stellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Folie eine Ausnehmung vorgesehen, die einen nach innen weisenden hülsenförmigen Fortsatz aufweist, innerhalb dessen der Chip stirnseitig mit seinen Kontaktpunkten gehalten ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache unmittelbare Befestigung des Chips an der Folie, da auf die zusätzliche Verwendung eines Trägerkörpers verzichtet werden kann und der Chip einfach unter Federspannung in dem hülsenförmigen Fortsatz der Folie gehalten ist.
Soweit ein Trägerkörper verwendet wird, kann dieser einerseits auf der Innenseite der Folie anliegen oder andererseits mit einem äußeren Teil auf der Außenseite der Folie anliegen.
Im ersten Fall wird der Trägerkörper vorzugsweise mit der Innenseite der Folie verklebt sein oder durch einen Klebepunkt an einer gegenüberliegenden zweiten Folie gehalten sein. Im zweiten Fall kann der Trägerkörper an der Ausnehmung der Folie unter Federspannung gehalten sein oder gegebenenfalls auf die Außenseite der Folie aufgeklebt sein.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist der Chip innerhalb eines röhrchenförmig ausgebildeten Trägerkörpers aufgenommen, der an beiden Enden mit den Folien verbunden wird.
Auf diese Weise ist eine vollständige Kapselung des Chips ermöglicht, was insbesondere bei besonders empfindlichen Chips von Vorteil ist.
Soweit zwischen Trägerkörper und Chip ein Zwischenraum vor dem Spritzgießvorgang vorhanden ist, wird dieser vorzugsweise während des Spritzgießvorgangs mit der Kunststoffmasse ausgefüllt.
Auf diese Weise ergibt sich eine dauerhafte Kapselung des Chips und eine einheitliche, glatte Oberfläche des Verbundkörpers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenseite der Folie eine Innenkontaktfläche vorgesehen, die mit der Kontaktfläche elektrisch verbunden ist, und mit der die Kontaktpunkte des Chips oder der Trägerkörper elektrisch leitend verbunden sind.
Auch diese Innenkontaktfläche kann durch Aufdrucken, auf galvanischem Wege oder durch Aufdampfen erzeugt werden, wobei gleichzeitig eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Kontaktfläche auf der Außenseite des Verbundkörpers hergestellt werden kann, was gleichzeitig mit der Aufbringung der Kontaktfläche oder der Innenkontaktfläche durch entsprechende Bohrungen erfolgen kann.
Diese Ausführung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Chip mit seinen Kontaktpunkten unmittelbar auf der Innenkontaktfläche anliegt oder aber ein Trägerkörper mit dieser elektrisch leitend verbunden wird.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird auf die Außenseite der Folie eine verschleißfeste Beschichtung aufgebracht oder die Folie oberflächenbehandelt, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
Die verschleißfeste Beschichtung kann dabei beispielsweise aus einer keramischen Schicht bestehen. Soweit als Folie eine Metallfolie verwendet wird, kann diese beispielsweise eloxiert werden, um eine höhere Verschleißfestigkeit zu erhalten.
Auf diese Weise ist ein besserer mechanischer Schutz des Verbundkörpers gewährleistet.
Ein zur Herstellung erfindungsgemäßer Verbundkörper besonders geeignetes Kunststoff-Spritzgießwerkzeug umfaßt zwei bewegliche Werkzeughälften, zwischen denen ein Hohlraum gebildet ist, in den flüssige Kunststoffmasse einspritzbar ist, sowie eine Zuführund Entnahmeeinrichtung zum Einlegen von Rohteilen in den Hohlraum und zum Entnehmen der Verbundteile nach Beendigung des Spritzgießvorgangs, wobei die Zuführ- und Entnahmeeinrichtung eine zwischen die geöffneten Werkzeughälften einfahrbare Zunge aufweist, die sowohl zur Zuführung eines Rohteils als auch zur Mitnahme eines fertig gespritzten Verbundkörpers ausgebildet ist.
Werden die Rohteile so vorbereitet, wie zuvor bereits erläutert, daß ein Verbund aus mindestens einer Folie und einem Chip gebildet ist, so wird mit einem derartigen Kunststoff-Spritzgießwerkzeug eine erheblich verkürzte Zykluszeit und ein einfacherer Aufbau des Spritzgießwerkzeuges ermöglicht, da ein und dieselbe Zunge gleichzeitig ein Rohteil zuführen und ein Fertigteil entnehmen kann.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung, die auch als selbständig schutzfähig anzusehen ist, weist eine Werkzeughälfte des Spritzgießwerkzeuges eine in eine Oberfläche des Hohlraums mündende Bohrung auf, in der ein Stempel beweglich geführt ist, der zur Vernietung eines von dem Chip hervorstehenden Nietes mit einer in den Hohlraum eingelegten Folie ausgebildet ist.
Auf diese Weise läßt sich der Vorgang des Vernietens und damit der Kontaktierung mit dem Spritzgießvorgang miteinander koppeln, so daß mit einem derartigen Spritzgießwerkzeug wiederum eine verkürzte Fertigungszeit bei der Herstellung insbesondere von Smart Cards, Data Cards und PCMCIA-Cards ermöglicht wird.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen, oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers am Beispiel einer Smart Card;
Fig. 2
eine schematisierte Ansicht eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeugs mit zwei Werkzeughälften, wie es zur Herstellung von Smart Cards gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann, in einer ersten Arbeitsphase;
Fig. 3
eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für eine zweite Arbeitsphase des Kunststoff-Spritzgießwerkzeugs;
Fig. 4
eine Darstellung, ähnlich Fig. 2, jedoch für eine dritte Arbeitsphase des Kunststoff-Spritzgießwerkzeugs;
Fig. 5
eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers in einer stark vergrößerten Schnittdarstellung;
Fig. 6
eine nochmals vergrößerte Darstellung, die einen Ausschnitt des Verbundkörpers im Bereich eines Kontaktpunktes mit dem zugehörigen Stempel eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges zeigt;
Fig. 7
eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers in geschnittener Darstellung;
Fig. 8
eine weitere Alternative eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers, der nur auf einer Seite von einer Folie begrenzt ist und wobei der Chip stirnseitig zwischen nach innen weisenden Fortsätzen der Folie aufgenommen ist;
Fig. 9
eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der der Chip an einer Metallfolie befestigt ist;
Fig. 10
eine weitere Variante der Erfindung, bei der der Chip von einem topfförmigen Trägerkörper umschlossen ist, der an der Innenseite der Folie befestigt ist;
Fig. 11
eine äußerst schematische Darstellung einer weiteren Variante der Erfindung, wobei der Chip in einer Ausnehmung der Folie eingeklipst ist und während des Spritzgießvorgangs durch einen Stempel des schematisch angedeuteten Spritzgießwerkzeuges von außen in die Kunststoffmasse eingedrückt wird;
Fig. 12 - 18
weitere Varianten eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers in schematischer, geschnittener Darstellung im vergrößerten Maßstab.
In Fig. 1 bezeichnet 1 insgesamt einen erfindungsgemäßen Verbundkörper am Beispiel einer Smart Card. Hierunter versteht man eine Kunststoffkarte, die üblicherweise mit Hinweis- und/oder Werbeaufdrucken, mit Hologrammen, Magnetstreifen, Sicherheitsmerkmalen oder dergleichen versehen ist. In die Smart Card ist ein elektronischer Schaltkreis eingebettet, der von außen über eine segmentierte elektrische Kontaktfläche zugänglich ist. Derartige Smart Cards werden in großem Umfang als Telefonkarten, Berechtigungskarten für mobile Nachrichtengeräte, als Scheckkarten im Geldverkehr, als Berechtigungsnachweise für Krankenkassen und dergleichen oder als Berechtigungsnachweise für den Zugang in bestimmte Gebäude oder Gebäudeteile usw. eingesetzt. Der Benutzer schiebt die Smart Card zu diesen Zwecken in einen Kartenleser, der über eine entsprechende Kontakteinrichtung mit dem elektronischen Schaltkreis in der Smart Card in Verbindung tritt. Auf diese Weise kann ein vorhandenes Guthaben überprüft, eine Identität festgestellt oder ein sonstiger Datenaustausch vorgenommen werden.
Der Verbundkörper 1 ist auf seiner oberen Oberfläche 2 und/oder auf seiner unteren Oberfläche 3 mit einem Aufdruck 4 versehen. Der Aufdruck 4 kann ein Werbeaufdruck sein oder Gebrauchshinweise enthalten. Für den Aufdruck 4 wird eine äußerst gute Wiedergabequalität verlangt, insbesondere dann, wenn Werbeaufdrucke oder Hologramme vorgesehen sind.
An einer vorbestimmten Stelle des Verbundkörpers 1 ist eine Kontaktfläche 5 vorgesehen, die in der Regel aus einzelnen Kontaktsegmenten besteht, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet.
Der Verbundkörper 1 ist an seiner ersten Oberfläche 2, die die Oberseite der Smart Card bildet, und an seiner gegenüberliegenden Oberfläche 3 jeweils durch eine Folie begrenzt. Innerhalb des Verbundkörpers 1 ist ein Chip mit einer elektronischen Schaltung eingebettet, der mit der Kontaktfläche 5 an der Oberfläche 2 der Folie elektrisch verbunden ist.
Der verbleibende Hohlraum zwischen den Folien und dem Chip ist mit einer Kunststoffmasse ausgefüllt.
Der Spritzvorgang ist anhand der Figuren 2 bis 4 kurz erläutert. Fig. 2 zeigt in äußerst schematisierter Darstellung ein Kunststoff-Spritzgießwerkzeug 30, das aus einer ersten, linken Werkzeughälfte 31 sowie einer zweiten, rechten Werkzeughälfte 32 besteht. Die zugehörigen Einrichtungen zum Öffnen und Schließen des Werkzeugs 30, sowie die Einrichtungen zum Zuführen der Kunststoffmasse 22 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Lediglich eine Zuführ- und Entnahmeeinrichtung für die Kunststoffteile ist schematisch mit der Ziffer 45 angedeutet.
Man erkennt aus Fig. 2, daß sich im Werkzeug 30 ein Verbundkörper 1 befindet, der in einem vorausgegangenen Produktionszyklus hergestellt wurde.
Das Werkzeug 30 öffnet sich nun, indem die Werkzeughälften 31, 32 entlang der Pfeile 33, 34 seitlich nach außen bewegt werden. Gleichzeitig fährt in den sich öffnenden Hohlraum eine Zunge 46 der Zuführ- und Entnahmeeinrichtung 45 ein, die Teil eines Roboters ist. Im gezeigten Beispiel ist lediglich der vordere Teil dargestellt, der mit Greif- und Saugeinrichtungen zur Zuführung eines Rohlings 1' auf der einen Seite und zur Entnahme eines Fertigteils 1 auf der anderen Seite ausgestattet ist. Die Zunge 46 weist zwei relativ zueinander in Richtung des Doppelpfeiles 44 bewegliche Greifelemente auf, die mit den Ziffern 48 und 49 angedeutet sind und zusätzlich mit Saugelementen ausgestattet sind.
Der Rohling 1' besteht im gezeigten Beispiel aus zwei Folien 20, 21, die endseitig durch Klebepunkte 25, 26 miteinander verbunden sind und wobei an einer Folie 20 der Chip 13 anliegt und mit einem weiteren Klebepunkt 27 an der gegenüberliegenden Folie 21 befestigt ist.
Somit ist insgesamt durch die Folien 20, 21 und den Chip 13 durch die Verbindung mittels der Klebepunkte 25-27 ein gut handhabbarer Sandwichverbund gebildet, der an der Zunge 46 durch das Greifelement 48 gehalten ist und so in den Hohlraum 38 zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 in Richtung des Pfeiles 36 eingebracht wird.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der fertig gespritzte Verbundkörper noch im Hohlraum der zweiten Werkzeughälfte 32. Sobald nun die Zunge 46 ihre Endstellung zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 gemäß Fig. 3 erreicht hat, bewegt sich das Greifelement 48 in Richtung auf die linke Werkzeughälfte 31 und übergibt den Rohling 1' beispielsweise mittels Blasluftunterstützung in den Hohlraum 39 der linken Werkzeughälfte.
Gleichzeitig wird ein Auswerfer 47 in der rechten Werkzeughälfte 32 betätigt und der fertige Verbundkörper 1 aus dem Hohlraum 37 der rechten Werkzeughälfte 32 ausgestoßen und von dem anderen Greifelement 49 an der Zunge 46 aufgenommen, die sich hierzu in Richtung auf die zweite Werkzeughälfte 32 bewegt, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Übernahme des fertig gespritzten Verbundkörpers 1 kann dabei durch Saugluft unterstützt werden.
Die Greifelemente 48, 49 fahren nun wieder zusammen, und die Zunge 46 fährt in Richtung des Pfeiles 35 vollständig aus dem Hohlraum 38 zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 hinaus, der Auswerfer 47 fährt wieder ein, und beide Werkzeughälften 31, 32 schließen sich, sobald die Zunge 46 vollständig aus dem Hohlraum 38 herausgefahren ist.
In einer Phase, die sich an die Phase gemäß Fig. 4 anschließt, wird der Hohlraum 38 zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 bei geschlossenen Werkzeughälften mit Kunststoffmasse ausgespritzt, wobei die Kunststoffmasse auf den Chip 13 drückt und diesen gegen die Innenfläche des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges 30 andrückt.
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte deutlich geworden sein, daß das Handling beim Ein- und Ausfahren von Rohlingen bzw. Fertigteilen in den Hohlraum 38 zwischen den beiden Werkzeughälften 31, 32 erheblich erleichtert wird, da durch eine einzige bewegliche Einrichtung, die mit einem Roboter verbunden ist, nämlich durch die Zunge 46, gleichzeitig ein Rohling 1' eingefahren werden kann und ein Fertigteil 1 aus dem Hohlraum 38 entfernt werden kann.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Rohlinge 1' einen relativ festen Verbund bilden, der in einfacher Weise mittels Saugbzw. Blasluft bzw. mittels entsprechender Greifelemente gehandhabt werden kann.
Der Aufbau des Verbundkörpers 1 wird nunmehr anhand der folgenden Figuren dargestellt. Dabei werden für entsprechende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet.
In der Folie 20, an deren Innenfläche 23 der Chip 13 anliegt, sind drei Ausnehmungen 9, 10, 11 ausgestanzt. Durch diese Ausnehmungen 9, 10, 11 erstrecken sich Kontaktpunkte 17, 18, 19, die an der Oberfläche des Chips 13 vorgesehen sind, und die auf die äußere Oberfläche 2 der Folie 20 während des Spritzgießvorgangs aufgenietet sind, so daß der Chip 13 während des Spritzgießvorgangs gleichzeitig an der Folie 20 mechanisch befestigt wird.
Die Kontaktfläche 5 besteht im gezeigten Beispiel aus drei Kontaktsegmenten 6, 7, 8 die unmittelbar über den Kontaktpunkten 17, 18, 19 nachträglich durch Bedrucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste hergestellt sind, wie dies gemäß Fig. 5 gezeigt ist oder die auch zuvor bereits auf der Folie 20 hergestellt sein können.
In Fig. 6 ist anhand einer vergrößerten Darstellung erläutert, wie die Kontaktpunkte 17, 18, 19 während des Spritzgießvorgangs durch Schließen der Werkzeughälften 31, 32 plastisch verformt und somit mit der Folie 20 vernietet werden.
Die Kontaktpunkte 17 weisen gemäß Fig. 6 vor Beginn des Spritzgießvorgangs eine etwa hohlzylindrische Form auf und stehen durch eine entsprechende Ausnehmung 9 in der Folie 20 nach außen hervor, die z.B. zuvor durch Ausstanzen erzeugt worden sein kann. In Abwandlung von der Ausführung gemäß Fig. 5, bei der die Kontaktsegmente nach dem Vernieten erzeugt wurden, wurde die Oberfläche der Folie 20 im Bereich der Ausnehmungen zuvor in der gewünschten Weise metallisiert, um die verschiedenen Kontaktsegmente der Kontaktfläche 5 herzustellen.
Gemäß Fig. 6 fährt während des Spritzgießvorgangs ein entsprechend geformter Stempel 24, der gegenüber der Werkzeughälfte 31 beweglich ist, in den Hohlraum des Kontaktpunktes 17 ein und verformt dessen Seitenwände beim weiteren Zusammenfahren plastisch, so daß sich eine Endform ergibt, die durch die gestrichelte Linie 12 in Fig. 6 angedeutet ist, wonach der äußere Rand des Kontaktpunktes 17 auf das Kontaktsegment 6 auf der Folie 20 aufgenietet ist, wodurch gleichzeitig eine dauerhafte und sichere Kontaktierung des Chips 13 mit dem Kontaktsegment 6 hergestellt ist.
Für jeden Kontaktpunkt ist ein entsprechender Stempel an der Werkzeughälfte 31 vorgesehen, so daß sämtliche Kontaktpunkte beim Zusammenfahren der Werkzeughälften 31, 32 vernietet werden. Es versteht sich, daß die Formen der Kontaktpunkte 17, 18, 19 auch bei der Vernietung in gewissen Grenzen variieren können und daß die Stempel 24 auch leicht konisch geformt sein können, um eine Aufweitung und plastische Verformung des Randes des Hohlnietes zu unterstützen.
Grundsätzlich ist es möglich, die Stempel 24 nach Beendigung des Nietvorgangs aktiv, z.B. hydraulisch betätigt, zurückzuziehen. Jedoch ist auch ein "passives" Zurückziehen, bewirkt durch den auf den Chip 13 wirkenden Druck der Kunststoffmasse, vorteilhaft, wobei sich gleichzeitig noch eine gewisse plastische Nachverformung und Aufweitung der Niete ergibt, so daß sich im Ergebnis nur geringe Vertiefungen in der Mitte der Niete ergeben, wie in Fig. 6 etwa durch die gestrichelte Linie 12 angedeutet ist.
Bei der Ausführung gemäß den Figuren 5 und 6 kann eine Befestigung des Chips 13 an der Folie 20 lediglich durch Hindurchstecken der Kontaktpunkte 17, 18, 19 durch die Ausnehmungen 9, 10, 11 der Folie 20 erreicht werden. Dies kann gegebenenfalls noch durch einen leicht bündigen Rand der Kontaktpunkte unterstützt werden, um ein Halten des Chips 13 nach Einstecken der Kontaktpunkte 17, 18, 19 in den Ausnehmungen 9, 10, 11 zu verbessern.
Während des Spritzgießvorgangs drückt die Kunststoffmasse unmittelbar auf die Unterseite des Chips 13 und drückt diesen somit gegen die Folie 20 an und unterstützt die Verformung der Niete, wie zuvor erläutert wurde.
Eine Variante des Verbundkörpers ist in Fig. 7 dargestellt.
Diese Ausführung entspricht im wesentlichen der zuvor anhand der Figuren 2 bis 4 kurz erläuterten Darstellung. Beide Folien 20, 21 sind hierbei endseitig durch Klebepunkte 25, 26 miteinander verbunden. Der Chip 13 liegt an der Innenseite 23 der Folie 20 bündig an und steht mit seinen Kontaktpunkten 17, 18, 19 durch Ausnehmungen 9, 10, 11 in der Folie 20 nach außen hervor.
Die Kontaktpunkte 17, 18, 19 sind im dargestellten Beispiel kegelförmig ausgebildet. Der Chip 13 ist über einen Klebepunkt 27 mit der gegenüberliegenden Folie 21 an der Rückseite des Verbundkörpers 1 festgelegt.
Bei der Herstellung werden zunächst die Ausnehmungen 9, 10, 11 in der Folie 20 erzeugt und der Chip 13 mit seinen Kontaktpunkten 17, 18, 19 durch diese Ausnehmungen hindurchgesteckt. Dieser Vorgang geschieht vorzugsweise bei einer untenliegenden Folie 20, auf die der Chip 13 aufgelegt wird. Anschließend werden die Klebepunkte 25, 26, 27 aufgesetzt und die zweite Folie 21 aufgelegt.
Der so hergestellte Sandwichkörper verfügt schon über eine ausreichende Steifigkeit, um leicht mit der Handlingeinrichtung eines Roboters in den Formhohlraum 38 des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges 30 eingelegt werden zu können, wie dies anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert wurde.
Es versteht sich, daß in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 7 zwar lediglich drei Klebepunkte zu erkennen sind, daß vorzugsweise jedoch mehrere Klebepunkte, insbesondere in sämtlichen Eckbereichen der Folien, verwendet werden können.
Es versteht sich ferner, daß die in den Zeichnungen dargestellte Anzahl von Kontaktpunkten lediglich beispielhaft zu verstehen ist und daß die Anzahl der Kontaktpunkte und der betreffenden Kontaktsegmente der Kontaktfläche natürlich den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann.
Die Kontaktfläche 5 wird bei der Ausführung gemäß den Figuren 5 und 7 nachträglich unmittelbar auf der Folie 20 hergestellt.
Eine bevorzugte, besonders kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung der einzelnen Kontaktsegmente der Kontaktfläche 5 besteht im Bedrucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste.
Bei einer alternativen galvanischen Herstellung wird in der Regel zunächst eine Vorbehandlung der betreffenden Kontaktsegmente mittels einer chemischen Beizlösung durchgeführt, um eine verbesserte Haftung zu ermöglichen. Anschließend können in einem Bad Metallkeime angelagert werden, die als Wachstumskeime für eine außenstromlose Metallabscheidung wirken. An diesen rein chemischen Vorgang schließt sich dann ein Galvanisierprozeß an, indem z.B. eine Kupferschicht in gewünschter Stärke aufgalvanisiert wird.
Eine weitere Metallisierungsmöglichkeit besteht im Aufdampfen einer dünnen metallischen Haftschicht, die dann galvanisch verstärkt wird.
Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers ist in Fig. 8 dargestellt.
Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungen besteht die Folie 20, an der der Chip 13 festgelegt wird, im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Metall.
In dem Bereich, in dem der Chip 13 eingelagert werden soll, ist eine Ausnehmung 50 in der Folie 20 erzeugt, wobei die Enden der Folie 20 einen nach innen weisenden hülsenförmigen Fortsatz 51 aufweisen, zwischen deren beiden gegenüberliegenden, etwa rechtwinklig von der Folie 20 zum Inneren des Verbundkörpers hin vorstehenden Wandflächen 52, 53 der Chip 13 mit seinen Stirnflächen 54, 55 aufgenommen ist. Die Kontaktpunkte 17, 19 sind hierbei an den Stirnflächen 54, 55 des Chips 13 vorgesehen, so daß der Chip 13 mit seinen Kontaktpunkten federnd zwischen den Wandflächen 52, 53 des Fortsatzes 51 aufgenommen ist.
Da die Folie 20 als Metallfolie ausgebildet ist, weist diese eine erheblich höhere Festigkeit auf, so daß die Federeigenschaften des Fortsatzes 51 ausreichen, um den Chip 13 für den nachfolgenden Spritzgießvorgang ausreichend sicher zu fixieren.
Die Kontaktpunkte 17, 19 sind mit einem leicht schmelzenden Lot versehen, wobei auch die gegenüberliegenden Wandflächen 52, 53 entsprechend vorbehandelt sind.
Während des nachfolgenden Spritzgießvorgangs wird unter der Wirkung der erhöhten Temperatur das Lot aufgeschmolzen und somit eine dauerhafte und sichere Verbindung der Kontaktpunkte 17, 19 mit den Wandflächen 52, 53 des Fortsatzes 51 erreicht.
Der Zwischenraum im Bereich zwischen der Ausnehmung 50 in der Folie 20 und dem Chip 13 wird beim Spritzgießvorgang mit Kunststoffmasse 22 vollständig ausgefüllt.
Die Metallfolie 20 wird vor Befestigung des Chips 13 vorzugsweise bereits derart vorbehandelt, daß einzelne Leiterbahnen bzw. Kontaktsegmente erzeugt sind, wobei eine endgültige Trennung der Kontaktsegmente der Kontaktfläche von dem übrigen Teil der Folie 20 vorzugsweise erst nach dem Spritzgießvorgang erfolgt, da so die entsprechenden Teile nicht herausfallen. Statt dessen wäre gegebenenfalls auch die vorherige Befestigung auf einem Klebeband oder dergleichen möglich.
Nach der Herstellung des Verbundkörpers kann die Trennung der einzelnen Kontaktsegmente beispielsweise durch Schneiden mittels eines Laserstrahls oder durch Ätztechniken erreicht werden, nachdem die übrigen Teile entsprechend abgedeckt sind. Daneben sind natürlich auch Stanz- oder Frästechniken denkbar.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 weist der Verbundkörper lediglich eine Folie 20 auf, während die Oberfläche 3 an der Unterseite des Verbundkörpers durch die Kunststoffmasse 22 selbst gebildet wird.
Bei einer weiteren Variante gemäß Fig. 9 ist der Chip 13 wiederum an der Innenfläche 23 einer Metallfolie 20 über Kontaktpunkte 17, 19 befestigt.
Im Unterschied zu der zuvor anhand von Fig. 8 beschriebenen Ausführung ist die Metallfolie 20 jedoch hierbei eben ausgebildet, so daß der Chip 13 mit seinen Kontaktpunkten 17, 19 unmittelbar an der Innenfläche 23 der Folie 20 anliegt. Um eine zuvorige Befestigung des Chips 13 an der Folie 20 zu ermöglichen, ist ein Klebepunkt 56 in der Mitte zwischen dem Chip 13 und der Folie 20 aufgebracht.
Obwohl bei der Darstellung gemäß Fig. 9 der Klebepunkt mittig gezeichnet ist, versteht es sich, daß ein oder mehrere Klebepunkte an solchen Stellen zwischen dem Chip 13 und der Folie 20 aufgebracht werden können, daß die elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktpunkten 17, 19 und der Folie 20 nicht behindert wird.
Die betreffenden Kontaktsegmente 6, 7, 8 der Kontaktfläche können wiederum nach der Herstellung des Verbundkörpers etwa durch Schneiden mittels eines Lasers hergestellt werden.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung gemäß Fig. 10 ist der Chip 13 von einem topfförmigen Trägerkörper 40 umschlossen, dessen parallel zur Erstreckungsrichtung der Folie 20 verlaufender Rand 41 an der Innenfläche 23 der Folie 20 durch Klebepunkte 57, 58 befestigt ist. Der Chip 13 befindet sich unterhalb einer Ausnehmung 50 in der Folie 20 und ist vollständig vom Trägerkörper 40 umschlossen, wobei ein zwischen dem Trägerkörper 40 und dem Chip 13 bestehender Zwischenraum mit der Kunststoffmasse 22 beim Spritzgießvorgang ausgefüllt wurde.
Der Chip 13 wurde zuvor am Boden 42 mittels eines Klebepunktes 49 befestigt.
Bei der Herstellung wird also zunächst die Ausnehmung 50 in der Folie 20 erzeugt und der Chip 13 am Boden 42 des Trägerkörpers mittels des Klebepunktes 59 befestigt, wobei seine Kontaktpunkte 17, 19 nach außen weisen. Der Trägerkörper 40 wird nunmehr mit seinem Rand 41 an der Innenfläche 23 der Folie 20 mittels der Klebepunkte 57, 58 aufgeklebt.
Beim anschließenden Spritzgießvorgang fließt Kunststoffmasse 22 durch die verbleibende Spalte zwischen dem Rand 41 und der Folie hindurch und füllt somit den verbleibenden Hohlraum vollständig aus, so daß sich ein bündiger Abschluß im Bereich der Ausnehmung 50 ergibt. Dabei stehen die Kontaktpunkte 17, 19, die in Fig. 10 einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, etwas nach außen hervor.
Beim Spritzgießvorgang plastifizieren sich die Klebepunkte 57, 58, 59.
An den Spritzgießvorgang schließt sich eine Erzeugung der Kontaktsegmente 6, 7 durch Aufdrucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste an.
Während des Spritzgießvorgangs dient der topfförmige Trägerkörper 40 zu einem Schutz des Chips 13 gegen thermische und auch gegen mechanische Einflüsse durch die Kunststoffmasse 22.
Eine weitere Variante der Erfindung ist in Fig. 11 schematisch dargestellt.
Hierbei ist die Folie 20 wiederum als Metallfolie ausgebildet, in der eine Öffnung 50 für den Chip 13 erzeugt ist. Der Chip 13 weist an seinen Stirnflächen Nuten 61, 62 auf, mit denen der Chip 13 in die etwas kleinere Ausnehmung 50 eingeklipst ist und somit unter Federspannung gehalten ist. Die Darstellung gemäß Fig. 11 ist übertrieben gezeichnet, um die Befestigung des Chips 13 in der Öffnung 50 der Folie 20 zu verdeutlichen.
Dabei weisen die Kontaktpunkte 17, 19 des Chips 13 nach außen.
Während des Spritzgießvorgangs wird der Chip 13 von einem Stempel 60 der Werkzeughälfte 31 weiter in die noch plastische Kunststoffmasse 22 hineingedrückt, bis der Chip 13 etwa bündig mit der Folie 20 nach außen abschließt.
Diese Art der Befestigung durch Einschnappen an der Folie ermöglicht zusammen mit den nachfolgenden Eindrücken beim Spritzgießvorgang eine besonders einfache Herstellung. Anschließend kann die Kontaktfläche unmittelbar über den Kontaktpunkten etwa durch Bedrucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste erzeugt werden.
Es versteht sich, daß statt einer Metallfolie 20 auch eine Kunststoffolie verwendet werden kann, sofern diese über eine ausreichende Steifigkeit verfügt, um den Chip 13 vor dem Spritzgießvorgang ausreichend sicher an der Folie 20 zu befestigen.
Es versteht sich ferner, daß darüber hinaus natürlich auch zusätzlich der Chip beispielsweise noch in einem topfförmigen Trägerkörper aufgenommen sein kann, um während des Spritzgießvorgangs einen thermischen bzw. mechanischen Schutz zu erhalten.
Weitere Ausführungsvarianten der Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren 12 bis 18 erläutert.
Gemäß Fig. 12 ist der Chip 13 an einem Trägerkörper 40 mit einem konusförmigen Querschnitt festgelegt, dessen beide äußeren Enden jeweils nach außen hin in der Erstreckungsrichtung der Folie 20 verlängert sind. In der Mitte ist der Trägerkörper 40 unterbrochen, so daß einzelne Kontaktschenkel 62, 63 gebildet sind, die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die äußeren Enden der Kontaktschenkel 62, 63 liegen an der Innenseite 23 der Folie 20 an und sind mit den Kontaktsegmenten 6, 8 auf der Außenseite der Folie 20 über Kontaktzungen 64, 65 verbunden, die sich durch entsprechende Ausnehmungen in der Folie 20 erstrecken. Hierbei kann die Befestigung des Trägerkörpers 40 an der Innenfläche der Folie 23 beispielsweise während eines Galvanisierprozesses erreicht werden, indem die Kontaktsegmente 6, 8 von außen aufgetragen werden und durch die entsprechenden Ausnehmungen in der Folie 20 die Kontaktzungen erzeugen, die die Verbindung zu den Kontaktschenkeln 62, 63 herstellen.
Daneben ist es denkbar, die Kontaktschenkel 62, 63 auf die Innenseite der Folie 20 aufzukleben.
Ferner kann die Innenseite der Folie zuvor mit einer Innenkontaktfläche versehen werden, mit der die Trägerkörper z.B. verlötet werden.
Der Chip 13 wird mit seinen Kontaktpunkten 17, 19 vorzugsweise mit den Kontaktschenkeln 62, 63 des Trägerkörpers 40 verlötet.
Während des nachfolgenden Spritzgießvorgangs wird der Chip 13 vollständig mit Kunststoffmasse 22 umschlossen und zusätzlich durch den Druck der Kunststoffmasse 22 gegen die Kontaktschenkel 62, 63 angepreßt.
Eine weitere Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 12 ist in Fig. 13 dargestellt. Hierbei ist der Chip 13 beiseitig zwischen jeweils einem Trägerkörper 40 und einem Trägerkörper 40' zwischen beiden Folien 20, 21 eingeschlossen.
Dabei ist sowohl an der Folie 20 eine Kontaktfläche mit Kontaktsegmenten 6 und 8 als auch an der Folie 21 eine Kontaktfläche mit den Kontaktsegmenten 6' und 8' gebildet, mit denen der Chip 13 jeweils elektrisch leitend verbunden ist. Hierzu verfügt der Chip 13 über entsprechende Kontaktpunkte 17, 19 an seiner Oberseite und über entsprechende Kontaktpunkte 17', 19' an seiner Unterseite.
Im übrigen entspricht der Aufbau der Trägerkörper 40, 40' und die Befestigung des Chips 13 an den Trägerkörpern und die Verbindung der Trägerkörper mit den Kontaktsegmenten vollständig der zuvor beschriebenen Ausführung.
Bei einer weiteren Variante gemäß Fig. 14 ist der Chip 13 vollständig von einem röhrchenförmigen Trägerkörper 40 umschlossen, der mit seinen beiden Endseiten stirnseitig mit den Folien 20 und 21 verklebt ist. Der Chip 13 ist somit in dem Hohlraum, der an den Seitenflächen durch den Trägerkörper 40 und endseitig durch die Folien 20 und 21 begrenzt ist, eingeschlossen. Seine oberen Kontaktpunkte 17, 19 stehen durch entsprechende Öffnungen in der Folie 20 nach außen hervor; gleichfalls stehen seine Kontaktpunkte 17', 19' an der unteren Folie durch Öffnungen nach außen hervor. Die Kontaktfläche ist nach der Herstellung des Verbundkörpers durch Bedrucken erzeugt.
Bei dieser Ausführungsvariante ist der Chip 13, dessen Form der Größe des gebildeten Hohlraumes angepaßt ist, vollständig gegen äußere Einflüsse während des Spritzgießvorgangs geschützt.
Eine derartige Ausführung bietet sich daher für besonders empfindliche Komponenten an.
Bei einer weiteren Variante gemäß Fig. 15 ist der Chip 13 ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 10 von einem topfförmig ausgebildeten Trägerkörper 40 umschlossen.
Im Unterschied zu der Ausführung gemäß Fig. 10 ist hierbei der topfförmige Trägerkörper 40 jedoch nicht mit seinem Rand 41 an der Innenseite 23 der Folie 20 befestigt, sondern liegt mit seinem Rand 41 von außen auf dem die Öffnung 50 umgebenden Rand der Folie 20 auf. Der Chip 13 und der Rand 41 des Trägerkörpers 40 schließen dabei etwa bündig mit der Oberfläche 2 der Folie 20 ab.
Hierbei ist der Trägerkörper 40 in einzelne Kontaktsegmente oder Kontaktschenkel 62, 63 aufgeteilt, die gemäß Fig. 15 in der Mitte durch eine Isolierung 66 getrennt sind. Es kann sich hierbei um einen entsprechend segmentierten metallischen Trägerkörper 40 handeln. Jedoch besteht der Trägerkörper 40 bevorzugt aus Kunststoff, der segmentweise metallisiert ist.
Der Trägerkörper 40 dient hierbei selbst zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Kontaktpunkten 17, 19, die am Boden 42 des Trägerkörpers 40 anliegen. Somit können die Ränder 41 des Trägerkörpers 40 selbst als Kontaktfläche genutzt werden oder aber nachträglich nochmals mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen werden.
Obwohl der Trägerkörper zunächst beim Einsetzen in die Öffnung 50 der Folie 20 mit seinem Rand 41 nach außen erhaben hervorsteht, wird er während des Spritzgießvorgangs infolge der erhöhten Temperaturen und des innerhalb des Hohlraums herrschenden Druckes bündig mit der Folie 20 ausgerichtet, bzw. die Folie 20 legt sich an die Oberfläche der Spritzgußform an, so daß der in Fig. 15 dargestellte, etwa bündige Verlauf entsteht. Ein etwa zwischen dem Trägerkörper 40 und dem Chip 13 bestehender Zwischenraum ist derart gering bemessen, daß er makroskopisch nicht in Erscheinung tritt.
Eine weitere Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 15 ist in Fig. 16 dargestellt.
Der wesentliche Unterschied zu der Ausführung gemäß Fig. 15 besteht darin, daß der topfförmig ausgebildete Trägerkörper 40 an der Innenseite 23 der Folie 20 befestigt ist. Hierzu wurden zuvor in der Folie wie bei der Ausführung gemäß Fig. 7 Ausnehmungen 9, 10, 11 erzeugt, durch die die Kontaktpunkte 17, 18, 19 des Chips 13 hindurchgesteckt werden. Der Chip 13 wird mittels des Trägerkörpers 40 an der Innenseite 23 der Folie 20 befestigt, indem der Rand 41 mit der Folie 20 verklebt wird.
Der Chip 13 ist somit während des Spritzgießvorgangs vollständig gegenüber der heißen Kunststoffmasse 22 gekapselt und mechanisch geschützt. Anstelle einer Verklebung des Randes 41 mit der Folie 20 kann auch der Boden 42 des Trägerkörpers 40 mittels eines Klebepunktes 27 an der gegenüberliegenden Folie 21 befestigt sein, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist.
Soweit jedoch beispielsweise auf eine zweite Folie 21 verzichtet wird, wird der Trägerkörper 40 vorzugsweise mit seinem Rand 41 mit der Folie 20 verklebt.
Die Kontaktsegmente 6, 7, 8 der Kontaktfläche werden wiederum nach der Herstellung des Verbundkörpers vorzugsweise durch Bedrucken mit einer elektrisch leitfähigen Paste erzeugt.
Eine weitere Variante ist in Fig. 17 dargestellt. Hierbei ist wiederum eine Ausnehmung 50 in der Folie 20 erzeugt, durch die ein flanschförmiger Trägerkörper 40 mit seinem nach innen weisenden Fortsatz 51 hindurchgesteckt ist, wobei der Chip 13 mit seinen Kontaktpunkten 17, 19 stirnseitig zwischen den Wandflächen 52, 53 des Fortsatzes 51 gehalten ist, ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 8.
Der Trägerkörper 40 liegt mit seinem äußeren Rand 41 auf dem die Öffnung 50 in der Folie 20 umgebenden Rand der Folie 20 flächig auf. Der Zwischenraum zwischen der Ausnehmung 50, dem Chip 13 und dem Trägerkörper 40 ist wiederum vollständig mit Kunststoffmasse 22 ausgefüllt, so daß sich ein bündiger Abschluß an der Oberfläche der Folie 20 ergibt. Hierbei kann der Trägerkörper 40 wiederum aus einem Kunststoff bestehen, der segmentweise metallisiert ist. Der Chip 13 ist dabei vorzugsweise unter Federspannung zwischen den Wandflächen 52, 53 des Fortsatzes 51 aufgenommen.
Der Trägerkörper 40 kann in der Öffnung 50 in der Folie 20 eingeklipst und somit beispielsweise unter Federspannung gehalten werden. Hierzu kann die Öffnung 50 in der Folie 20 etwas kleinere Abmessungen als der Fortsatz 51 aufweisen.
Eine letzte Variante der Erfindung ist in Fig. 18 dargestellt. Hierbei ist der Trägerkörper 40 ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 12 konusförmig ausgebildet und liegt in Abweichung von der Ausführung gemäß Fig. 12 jedoch mit seinem Rand 41 auf der äußeren Oberfläche 2 der Folie 20 auf einem Rand bündig auf, der die Öffnung 50 umgibt.
Der Trägerkörper 40 ist hierbei wiederum in einzelne Kontaktschenkel 62, 63 unterteilt, die elektrisch leitfähig ausgebildet sind und an deren Innenseite der Chip 13 mit seinen Kontaktpunkten 17, 19 elektrisch leitend verbunden ist, z.B. verlötet ist. Der Trägerkörper 40 kann mit seinem Rand 41 an der Öffnung 50 der Folie 20 durch Einklipsen befestigt sein, was in Fig. 18 jedoch nicht dargestellt ist. Alternativ kann eine Befestigung durch Kleben erfolgen.
Nach der Beendigung des Spritzgießvorgangs ist zusätzlich auf der Oberfläche 2 der Folie 20 eine Kontaktfläche durch Aufdrucken erzeugt, die durch die Kontaktschenkel 62, 63 des Trägerkörpers 40 mit den Kontaktpunkten 17, 19 des Chips 13 verbunden ist.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers (1) mit einer Kunststoffmasse (22) und mindestens einem zumindest teilweise in der Kunststoffmasse (22) eingelagerten Chip (13), bei dem ein Hohlraum (38) eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges (30) mit der Kunststoffmasse (22) ausgespritzt wird, bei dem ferner der Chip (13) in die Kunststoffmasse (22) eingelagert und eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Chip (13) und Kontaktsegmenten (6, 7, 8) einer an einer Oberfläche (2) des Verbundkörpers (1) befindlichen Kontaktfläche (5) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges fixiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (13) und die Kontaktsegmente (6, 7, 8) zunächst lose zusammengelegt und dann während des Spritzgießvorganges durch das Fixieren endgültig festgelegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges durch Anlage unter Druck fixiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges durch Verlöten fixiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlöten unter der Wärmeeinwirkung des Spritzgießvorganges erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung während des Spritzgießvorganges durch Vernieten fixiert wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung während des Fixierens hergestellt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (13) an einer Folie (20, 21) befestigt wird, die eine flache Seite des Verbundkörpers (1) bildet, und daß der Chip (13) gemeinsam mit der Folie (20, 21) in den Hohlraum (38) des Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges (30) eingebracht wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (13) mit der Kontaktfläche (5) über Kontaktpunkte (17, 18, 19, 17', 18', 19') an seiner Oberfläche (2) elektrisch leitend verbunden wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Folie (20) Ausnehmungen (9, 10, 11) erzeugt werden, in die die Kontaktpunkte (17, 18, 19) eingesteckt werden, um eine elektrisch leitende Verbindung zur Außenfläche der Folie (20) herzustellen.
  11. Verfahren nach Anspruch 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpunkte (17, 18, 19) des Chips (13) mit der Folie (20) verlötet werden.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Chip (13) und der Kontaktfläche (5) nach dem Spritzgießvorgang komplettiert wird.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Folie (20) eine Metallfolie verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (5) zumindest teilweise vor dem Befestigen des Chips (13) an der Folie (20) erzeugt wird.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (13) mit Kontaktflächen (5) an den beiden flachen Seiten oder an einer Stirnseite des Verbundkörpers (1) verbunden wird.
  16. Kunststoff-Spritzgießwerkzeug zur Herstellung von Verbundkörpern mit einer Kunststoffmasse (22), in die zumindest teilweise ein Chip (13) eingelagert ist, mit zwei beweglichen Werkzeughälften (31, 32), zwischen denen ein Hohlraum (38) gebildet ist, in den flüssige Kunststoffmasse (22) einspritzbar ist, und mit einer Zuführ- und Entnahmeeinrichtung (45) zum Einlegen von Rohteilen (1') in den Hohlraum (38) und Entnehmen der Verbundteile (1) nach Beendigung des Spritzgießvorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Werkzeughälfte (31) eine in eine Oberfläche des Hohlraums (38) mündende Bohrung vorgesehen ist, in der ein Stempel (24) beweglich geführt ist, der zur Vernietung eines von dem Chip (13) hervorstehenden Nietes (17) mit einer in den Hohlraum (38) eingelegten Folie (20) ausgebildet ist.
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